核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

提到“核”这个字,可能有些人会不由得紧张起来。核武器、核战争、破坏力巨大、寸草不生等可怕的词汇,让人谈核色变。

但事实上,只要满足一定的条件,我们就可以对核反应过程中产生的能量进行合理利用,让它成为推动社会经济发展的能源。

核电站就是对核反应加以运用的典例,下面就跟着小编一起来了解下核电站的原理吧?

核电站的原理

“核电站”,顾名思义,最终目的是将核能转化成电能供我们使用。

网络上,包括知乎和微博等媒体曾对核电站的原理有讨论,有些人认为核电站的原理仅仅是“烧水”。

这个说法并不全面,核电站的工作原理中确实有烧水这一步,主要起到能量转化的作用,但整个过程比烧水复杂得多。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

想要了解核电站的工作原理,就要先了解核反应,核反应有核聚变和核裂变两大类。

核裂变是指由重的原子核分裂成两个或多个质量较小原子核的反应,目前大多数核电站的能量来源就是核裂变。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

核裂变示意图

核聚变是指质量小的原子核在高温高压等条件下,核外电子摆脱原子核的束缚从而形成等离子体,此时原子核之间的碰撞概率加大,若原子核发生碰撞后聚合,则称作核聚变,核聚变发生的同时可放出巨大能量。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

核聚变示意图

一般而言,核裂变和核聚变的过程都会释放大量能量,核聚变释放的能量比核裂变更大,但是依靠人类目前的技术水平还很难对核聚变反应加以控制,因此目前核电站、核动力等利用的都是核裂变过程中释放的能量。

具体来讲,以释放能量的核反应为例,该反应满足质能守恒定律。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

原子结构示意图

不同的原子核由不同数量的核子构成。反应前后总核子数目保持不变,但由于不同核素中的核子平均质量不同,反应后总质量可能减少,即发生“质量亏损”

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

亏损的质量不会凭空消失,由爱因斯坦的质能方程,我们知道亏损的质量会转化为大量能量释放出来,释放出的能量即为核反应释放的原子能,即“质能守恒”。

核电站主要由“核岛”和“常规岛”两大部分组成。

核岛是原子核裂变反应发生的地方,也是反应堆所在处;常规岛主要包括汽轮发电机组及其配套的设施和厂房等部分。

反应堆是核能发电的核心部分,我们一般会利用中子轰击铀-235或钚-239,使之分裂为两个或更多个质量较小的原子核,同时释放多个中子。

释放的中子还会继续轰击其他原子核,使反应过程持续下去,从而形成一个链式反应

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

链式反应

为了使链式反应相对可控,在反应堆中有一些能够吸收部分中子的材料,我们一般称之为“控制棒”

在整个链式反应的过程中会释放大量能量,这部分能量可以使作为反应冷却剂的水变为高温高压状态的水,也就是被人们称之为“烧水”的部分,但这与日常生活的烧开水完全不是一回事。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

高温高压的水通过U形的蒸汽发生器,就能将热量传递给U形器外的水,并使之变为饱和蒸汽状态。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

蒸汽推动汽轮机的转子旋转,将热能转化成机械能,而该转子是直接与发电机的轴相连的,这样一来,汽轮机就可以直接带动发电机进行发电,最终把机械动能转化成电能,储存输送后供人类日常生活使用。

核能发电的整个过程安全系数相对较高,但“邻避问题”是制约核能发展的重要难点之一。

所谓邻避问题,是指具有一定风险或公众主观上认为有一定风险的公共设施产生的效益被所有人共享,但是潜在风险只由临近这些设施的居民承担,使临近居民产生抵制情绪的现象。

核电站原理图解(核电站的原理竟然是烧水?)

尽管核电站采用了严格的防护措施以及完善的安全保障措施,但任何工业设施都无法保证100%安全可靠。

核电站泄漏事故的发生概率确实很低,但一旦发生,其损失可能是巨大的,日本福岛核泄漏事件就是典型的案例。

关于“邻避问题”,我们应该加强对公众的宣传,保持谨慎原则的同时也要防止过度夸大其危害,阻碍我们和平利用、发展核能。

核电站的未来发展

在明白了核电站的基本工作原理后,我们也应该对核电站未来的发展趋势有一定了解。

从清洁角度看,与火力、水力发电等传统发电方式相比,核能发电过程并不会产生二氧化硫、氮氧化物和烟尘等空气污染物,而且二氧化碳的释放量也较低,十分有利于控制温室效应。

核能与风能类似,都属于较为清洁的能源种类。

目前,世界核能发电量占总发电量的10%左右,而我国核能发电量占国内总发电量的4%上下

在技术方面,我国的核反应堆技术已经发展到了第四代,第四代核能系统可以大幅度提高燃料的利用率,同时减少核废料的产生,在安全性和经济性上表现都更加优越。

但这项技术仍未实现规模生产,商用化估计可在2030年前后实现。结合我国的产业结构升级和“一带一路”发展战略,今后国内外的核电需求不容小觑。

新时代的青少年们更应该对核电知识和核能的战略地位重要性有一定的了解,既不要一味地恐核、畏核、谈核色变,也不能简单地将核电站的原理理解为“烧水”过程,这也有助于提升公众对于核能安全的正确认知度,推动和平利用核能的发展进程。

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