原子的构造就像微型太阳系。原子的中心是原子核;围绕它运行的是电子。
原子核由质子和中子组成,非常密集地堆积在一起。氢是最轻的元素,只有一个质子;最重的自然元素铀有 92 个质子。
原子核被强大的力量结合在一起,这是“自然界中最强的力量”。当用中子轰击时,它可以分裂,这个过程称为裂变(下图)。由于铀原子很大,将它结合在一起的原子力相对较弱,这使得铀有利于裂变。
在核电站中,中子与铀原子碰撞,使它们分裂。这种分裂从铀中释放出中子,中子又与其他原子发生碰撞,引起连锁反应。这种连锁反应由吸收中子的“控制棒”控制。
在核反应堆的核心中,铀原子的裂变释放出的能量将水加热到大约 520 华氏度。释放出的热能被用来在高压和高温下加热水,直到它变成蒸汽。这种蒸汽使连接到发电机的涡轮机旋转,发电机将涡轮机旋转的机械能转化为电能。
核电站的核心部件是反应堆,即存放核燃料的场所
它的主要组成部分是:
燃料。裂变反应发生的材料,通常是浓缩的二氧化铀。它同时用作能源和中子以维持链式反应。它以固态的圆柱形药丸形式存在,封装在几米长的金属棒中。
铀燃料棒
世界上应用比较普遍主要有压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(PHWR)、高温气冷堆(HTGR)和快中子堆(LMFBR)五种堆型。
在压水反应堆中,堆芯水保持在压力下,不允许沸腾。热量通过热交换器(也称为蒸汽发生器)传递给核心外部的水,使外部水沸腾,产生蒸汽,并为涡轮机提供动力。在压水反应堆中,沸腾的水与裂变过程是分开的,因此不会具有放射性。蒸汽用于为涡轮机提供动力后,它被冷却以使其重新凝结成水。一些工厂使用来自河流、湖泊或海洋的水来冷却蒸汽,而其他工厂则使用高大的冷却塔。沙漏形冷却塔是许多核电站熟悉的地标。
一些外国反应堆设计使用水以外的冷却剂将裂变热从堆芯带走。反应堆使用装有氘的水(称为“重水”)使用氦气作为冷却剂(称为高温气冷反应堆)。
沸水反应堆:沸水反应堆不使用压水堆的两室方法。相反,流经反应堆的水与转动涡轮机的水相同。
一旦水进入反应器,它就会变成蒸汽,因为反应器内的温度为545°F (285°C)。沸水反应堆 (BWR) 的实际效率约为33-34%。
快堆,是“快中子反应堆”的简称。其形 成的核燃料闭合式循环,可使铀资源利用率提 高至60%以上,也可使核废料产生量得到最大 程度的降低,实现放射性废物最小化。
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