核电原理(电站工作原理)

/ 0评 / 0

核电原理(电站工作原理)

核电原理

原子构造

原子像微型太阳系一样结构。原子的中心是原子核。在它周环绕行的是电子。

核裂变反响

在裂变进程中,中子轰击铀原子,释放更多中子并触发链反响。

原子核由质子和中子组成,非常紧密地堆积在一起。氢是最轻的元素,有一个质子。最重的自然元素铀有92个质子。

原子的原子核靠强力(四种根本作用力之一)联合在一起,这是“自然界中最强的力”。当受到中子轰击时,它可以决裂,这个进程称为裂变(如上图所示)。由于铀原子太大,将铀原子约束在一起的原子力相对较弱,使铀易于裂变。

在核电厂中,中子与铀原子碰撞,将其决裂。这种决裂会从铀中释放出中子,然后中子与其他原子碰撞,从而引起链反响。该连锁反响由接收中子的“掌握棒”掌握。

在核反响堆的核心,铀原子的裂变释放能量,将水加热到大约100摄氏度。然后,该热水用于使衔接到发电机的涡轮旋转,从而发生电力。

采矿和加工核燃料

铀是含量最低的矿物之一(在地壳中仅占百万分之二),但由于其放射性,它是大批的能源。一千克铀的能量相当于三百万千克煤的能量。

放射性元素逐渐衰变,失去放射性。失去一半放射性所消费的时光称为“半衰期”。U-238是最常见的铀情势,其半衰期为45亿年。

在许多地质结构以及海水中都发明了铀。但是,要开采为燃料,必需对其进行充足浓缩,使其至少占所处岩石的百万分之一百(0.01%)。

采矿进程相似于煤矿,包含露天矿和地下矿。它发生相似的环境影响,并增长铀矿尾矿具有放射性的危险。不仅可以从矿山废物中存在的重金属污染地下水,还可以从废物中残留的微量放射性铀污染地下水。铀矿开采业雇用的人中有一半从事应用后清算矿山的工作。

铀有两种情势,U-235和U-238。在自然界中发明,铀是U-238的99%以上。不幸的是,U-235是用于发电厂的装备。U-238也可以加工成p,也可以裂变。

铀矿一旦开采,就被送到加工厂浓缩成有用的燃料。大多数铀精矿是通过用酸从矿石中浸出铀制成的。(有时将精矿制成地下,但不去除铀矿石。)完成后,铀矿石会变成铀的燃料情势U3O8,并成形为小颗粒。

然百思特网后将颗粒包装成12英尺长的棒,称为燃料棒。这些棒捆绑在一起成为燃料组件,预备在反响堆堆芯中应用。

核反响堆

运行中的大多数工厂都是“轻水”反响堆,这意味着它们在反响堆堆芯中应用普通水。

沸水堆(BWR)

在上图所示的沸水反响堆中,将水煮沸成蒸汽,然后将其送入涡轮机发电。

压水堆(PWR)

在压水反响堆中,核心水被坚持在压力下并且不许可沸腾。热量通过热交流器(也称为蒸汽产生器)传递到堆芯外部的水中,使外部水沸腾,发生蒸汽并为涡轮机供给动力。在压水反响堆中,沸腾的水百思特网与裂变进程是离开的,因此不会变成放射性。

在应用蒸汽为涡轮供给动力之后,将其冷却以使其凝结回水中。有些工厂应用河流,湖泊或海洋中的水来冷却蒸汽,而另一百思特网些则应用高塔冷却塔。沙漏形的冷却塔是许多核电厂熟习的地标。对于核电厂生产的每单位电力,大约有两单位的废热被排放到环境中。

反响堆设计应用除水以外的冷却剂来将裂变热带离堆芯。加拿大的反响堆应用装有氘的水(称为“重水”),而其他反响堆则采取气体冷却。有工厂应用氦气作为冷却剂(称为高温气冷堆),还有一些工厂应用液态金属或钠。

核废料

由于后处置的副产品是p,可用于制作核兵器,因此卡特总统以安全风险为由,下令停滞后处置。后处置也很难与新的铀燃料进行经济竞争。

同时,放射性废料被存储在发生核废料的核工厂中。最常见的选择是将其存储在乏燃料的冷却池中,这些冷却池是大型的带钢衬里的水箱,应用电来循环水。随着这些池的注满,一些燃料棒正被转移到大型钢和混凝土桶中,这被以为更安全。

除乏燃料外,工厂本身还包括放射性废物,必需将它们关闭后再进行处置。可以立即拆卸植物,也可以将植物保留多年,以减少辐射时光。大多数工厂被以为是“低放废物”,可以寄存在不太安全的处所。