核能发电需要什么地方

中国大陆的第一个商业核电站是秦山核电站。秦山核电站一期工程于1985年开始建设，这可能比本文的大多数读者大几岁。它花了六年时间完成，并已并网超过30年。今天，商业核电站主要分布在沿海地区。对于许多人来说，核电站仍然是一个谜。让我用尽可能简单的语言来解释核电站的原理。核电站本质上是一个发电站，它生产单一产品，即电能，这需要一个发电机。因此，每个核电站都有一个发电机，这与普通电站的原理相同，也就是电磁感应定律。

核电是一种可再生的能源。轻核的聚变和重核的分裂都可以释放能量，分别称为核聚变能和核裂变能。在聚变或裂变过程中，会释放出大量的热量。这些能量被转化为核能、机械能和电能，可称为核电。核电站是一种新型的发电站，利用原子核内所含的能量来发电。核电站大致可分为两部分，一部分是利用核能产生蒸汽的岛，包括反应堆设备和一次回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括涡轮发电机系统。

核电站使用铀作为燃料。铀是一种重金属。由铀制成的核燃料在一个被称为反应堆的装置中分裂，产生大量的热量，这些热量由高压下的水进行，蒸汽在蒸汽发生器中产生，用发电机转动涡轮机，电力不断产生并通过电网向各个方向输送。这就是最常见的压水式反应堆核电站的工作方式。

核能来自两种核反应原理：核聚变或核裂变，但世界各地的核反应堆主要使用核裂变反应原理，主要是因为核裂变是可控的，而核聚变则难以控制。自1951年12月美国的EXPERIMENTAL增殖反应堆1号。使用核电以来，世界上的核电已经有70多年的历史。根据计算，1公斤铀235完全裂变产生的能量相当于2500吨标准煤燃烧释放的热量。核裂变原理：质量如铀、钍和钚的较大原子核吸收一个中子后在质量上会分裂成两个或多个较小的原子核，同时发出两个或三个中子和大量能量，并使其他核裂变发生，然后继续进行，这个过程称为连锁反应。当核裂变发生时，原子核释放出巨大的能量，这被称为原子核能量。核电装置利用所产生的热量，产生蒸汽来驱动涡轮发电机组，产生电力。

则是冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的过饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，利用产生的水蒸

动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍)，比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的铀- 235纯度只占3%。4%，其余皆为无法产生核分裂的铀- 238。

举例而言，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需寒515万吨，每天要用20 吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧推动万桶家用天然气。

若想用裂变原子能发电，首先要将核燃料浓缩。核燃料指的是“铀235”。大自然中的天然铀中，铀235只占0.7%，大部分是不能使用的铀238。为了将铀235浓缩，可以使用离心机将铀238分离出来。当铀235浓缩到5%到20%，就可以制成与香烟头那么大的燃料块，装入外径10毫米内径8毫米的细长锆合金管（因为锆可以透过热核反应所必需的中子，其他金属大都不能让中子透过），制成燃料棒备用。如果把铀235浓缩到80%以上，就可以制造原子弹了。

核电站的核心是核岛，就是核燃料燃烧并产生热量的地方。简称“堆”。核燃料是自身就会发热的物质，越是堆在一起，发热就越快越多。核电站的原子反应堆分为“水堆”和“气堆”，水堆使用普通水或重水作热交换介质，气堆使用氦气或液态钠、液态锂作热交换介质，气堆的工作温度约为850°C。由于水堆工作温度低，技术上易于实现，也相对安全，世界的核电站绝大多数是水堆。水堆又分使用重水的“重水堆”和使用普通水的“轻水堆”。由于“重水堆”能生产制造核弹用的材料钚239，同时重水堆体积太大，为了防止核扩散，所以重水堆属国际原子能机构严格限制使用的原子反应堆。世界的核电站大多是轻水堆。

轻水堆根据核岛内水的工作压力分，又分“沸水堆”和“压水堆”两种。“沸水堆”优点是结构简单，工作压力低（70个大气压6.86MPa、285°C），所以相对比较安全。缺点是：由于使用从核岛里直接引出来的蒸汽推动汽轮机工作，这蒸汽有较强的放射性，所以汽轮发电机组必须屏蔽起来，人不能靠近。另外由于只能使用5％以下的低浓缩度燃料，所以燃料利用率低（发同样多的电，沸水堆比压水堆要多用一倍的燃料）。正因为沸水堆有以上缺点（主要是成本高、经济性差），世界上早期运行的核电站大多沸水堆，目前的大多是压水堆。

压水堆的基本结构是：先用6厘米厚的镍钒锰钛不锈钢板焊一个大圆筒，上边半球形的顶也是用同样的不锈钢焊接而成。外边敷上一层铅板和厚厚的钢筋混凝土，就制成了核岛的安全壳。核岛的内部有压力容器和热交换器，压力容器内部主要放置核燃料棒组件和控制反应速度的控制棒。100万千瓦的电站大约放置燃料棒组件400多组，每组燃料棒组件由直径1厘米长6米的核燃料棒289根排成17乘17的方形，这些核燃料棒能发热的寿命为三年，每年换掉三分之一。

核燃料棒组件放置在核岛的压力容器的底部，上部放置数量几乎相等的石墨制成的十字形控制棒（老款）或双层不锈钢管内装银铟镉合金（新款）管状控制棒，如果将控制棒全部插或套入核燃料棒组件之间，由于核燃料棒组件与组件之间被控制棒隔开或隔离，控制棒把核燃料棒放出的热中子几乎全部吸收，所以原子反应就几乎停止了，只能微量地发一点点热，若将控制棒从核燃料棒之间逐步提起，原子反应也就逐步变强，产生的热量逐步增多。调整控制棒的位置就能控制原子反应的速度。整个核岛的压力容器内充满了水（加硼砂的普通纯水）。

正常工作时，核岛的压力容器内的温度为330°C，相应水的压力为155个大气压（15.2 MPa）。因为压力很高，水虽然已经高到330度，但就是沸腾不了，所以叫“压水堆”。 由于核岛压力容器内的水有极强的放射性，为了安全，不能直接用它形成的蒸汽来推动汽轮机工作，要用这压力容器内的高温高压水，通过主水泵循环，到核岛内热交换器里去“烫”第二回路的水，将第二回路的水烫成100多个大气压的没有放射性的高温蒸汽，再用这个蒸汽去推动汽轮发电机组发电，以下的工作原理就和火电厂的发电原理没有区别了。

位于加拿大的布鲁斯核电站，它是全世界最大的核电站之一，占地超过2300亩，拥有八座合资反应炉，每一座核子反应炉能产生超过750兆瓦的电力，可以合力供应500万人口的城市。那么核子反应炉是如何翻修以及发电？

第一、翻修核子反应炉是个耗费几十亿美刀的任务，其中最关键的挑战就是要拆下运作了25年的反应炉新，其中包含很多受到辐射的零件。如果派工作人员进去做这种工作，他们的皮肤很快就会溃烂，而且头发也会掉光。所以就要技术员通过从核电站的控制中心发出远程指令，派出防辐射的特制机器人来进行拆除。当炉心里的放射性管子一处之后，工作人员就可以进去作业。合资反映无锡市多空的大型圆盘，为了以防万一，任何接近他的人都必须穿上厚重的防辐射服，一旦反应无心，经过检查、清理和重建，就可以给他装满神奇的油燃料棒。

第二、金属铀一般是通过由矿石的精选、碾碎、酸剂浓缩等程序才能取得足够的天然铀作为核燃料。接着由绘装近半米长的棒子，它的材质是防热防锈的高合金。然后这些棒子会被汉城一束每个燃料棒束制造的热门，足够生产100万度电。你是不是很纳闷，这些人怎么敢这么轻松的移动他们，因为这些油燃料棒现在只会发散微量的辐射，想要让他们发挥完全作用，就必须放到反应炉心里。卢心里有480条管子，每条管子都能放进12个铀燃料棒束，等5760个磅数全部放好之后就会开始运作。

第三、燃料里的一些由原子很容易活化，他们被激化之后就会开始到处发散中子，微小的中子会穿过燃料棒的锆合金枪，在各个油燃料棒束间飞来飞去，直到撞上另一个由原子，他们在碰撞的时候，原子会分裂并释放能量，产生更多的中子，这就是庞大的和连锁反映。当然这些和连锁反映是可以随时停止的，否则就会出现科学家所谓的核熔毁。核子反应炉不仅蜜蜂，在两米厚的钢筋混凝土墙里，如果温度升高或是压力下降太快，它都会自动停止运作。

第四、核子反应炉会产生大量的热能，热能会把水变成蒸汽，然后在这个长400米、高20米的涡轮市里，这些巨型涡轮会把蒸气变成电力。最后就是要处理具有放射性的核废料。在这个八米深的蓄水池里，一共放了超过73万个放射性燃料棒束，当燃料棒束使用耗尽被取出来后，会变得非常烫，且还有辐射性，所以就必须把它们放进这些水池里浸泡十年，这样就可以冷却温度，也能消散辐射物质了。

核能发电的核心装置是核反应堆。核反应堆按引起裂变的中子能量分为热中子反应堆和快中子反应堆。

快中子是指裂变反应释放的中子。热中子则是快中子慢化后的中子。目前，大量运行的是热中子反应堆，其中需要慢化剂，通过它的原子核与快中子弹性碰撞将快中子慢化成热中子.热中子堆使用的材料主要是天然铀(铀-235含量3%)和稍加浓缩铀(铀-236含量3%左右)。根据慢化剂、冷堆剂和燃料不同，

热中子反应堆分为轻水堆(包括压水堆和沸水堆)、重水堆、石墨气冷堆和石墨水冷堆。目前已运行的核电站以轻水堆居多，我国已选定压水堆作为第一代核电站。

核反应堆的起动、停堆和功率控制依靠控制棒，它由强吸收中子能力的材料(如硼、镉)做成。为保证核反应堆安全，停堆用的安全棒也是由强吸收中子材料做成。