辐导员 | 走近核电站（一）：是“铀”不是油，它也能“烧”

走近核电站（一）

是“铀”不是油，它也能“烧”

说到核电站，许多小伙伴都不会陌生，但你是否了解核电站是如何发电的呢？又是怎么安全运行的？和传统的火力发电站到底有哪些区别？我国的核电站发展到了哪个水平？

为了给大家答疑解惑，我们特意邀请了国核电站运行服务技术有限公司的邓景珊总工为我们带来了关于核电站的四期连载，揭开核电站的神秘面纱。

作者介绍 

邓景珊，国核电站运行服务技术有限公司副总工程师，清华与原子能院双博士，研究员级高级工程师，注册核安全工程师，曾发表近20篇论文，参与并主持多项国家级科研项目。

下文由国核电站运行服务技术有限公司

副总工程师 邓景珊特约供稿：

传统的火力发电厂发电的基本原理是：依靠加热水后产生的蒸汽压力推动汽轮机旋转，继而带动发电机旋转，将机械能转变成电能，其燃料一般是煤炭、石油或者天然气。

火力发电原理（来源：网络）

而核电站发电原理与火力发电站基本相同，最大的区别在于它将化石能源换成了更为环保高效的核燃料。我们在上期的辐导员中为大家详细介绍过核燃料，在众多的核原子中最为常用的是铀-235（²³⁵U），此外，钚-239（²³⁹Pu）也有使用，铀-233（²³³U）则少有使用。

那么，是什么特质让他们从众核原子中

脱颖而出成为天选之核？

中子核反应

裂    变

“中子核反应”的说法可能不太深入人心，但说起“核裂变”也许就恍然大悟了。

顾名思义，核裂变是就是原子核的分裂。原子核的构造如下图，由质子和中子组成的。

原子核构造（来源：网络）

在核发电过程中，我们会在核发应堆中加入一个外来中子，这个中子就像一颗小炮弹，打在²³⁵U原子核上，将其分裂成2-3个核原子，同时产生2-3个中子并释放约200MeV（兆电子伏）的能量，核能转变成了热能。

裂变反应（来源：网络）

裂变产生的中子又会继续轰击其他的²³⁵U原子核，依次连续，继而形成了一连串的裂变反应——链式反应，产生大量的热能，加热水后产生蒸汽压力推动汽轮机旋转，继而带动发电机旋转，将机械能最终转变为我们需要的电能。

链式反应（来源：网络）

这里有一个疑问，依照上面的逻辑，每个²³⁵U原子裂变产生2-3个“小炮弹”，如果任由其自由裂变，岂不是会发展成为失去控制的无限爆炸？

控    制

为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上，我们会在核发应堆中插入“控制棒”。控制棒由可以吸收中子的材料（如镉）制成。通过插入或者拔出控制棒，可以实现控制裂变反应启停和反应速度，即可以控制产生的热能的多少。控制棒完全插入反应中心时，能够吸收大量中子，阻止裂变链式反应的进行；把控制棒拔出一点，反应堆就开始运转，且拔出程度不同，裂变速度也有所区别。

控制棒吸收中子（来源：网络）

巨    能

核裂变产生的能量是巨大的，1公斤²³⁵U裂变产生的能量约相当于2700吨标准煤燃烧所产生的热量。可见核电站的能量密度非常大，堪称小身材大能量。一座百万千瓦的大型核电站，每年需要30吨的低浓铀原料，其中含²³⁵U约1.5吨，而一座百万千万瓦的火力发电站需要350万吨的标准煤。

铀与煤炭（来源：网络）

看到这里，您是否对核燃料有了更深入的了解呢？下期我们会带你去看看装这些“燃料”的“炉子”，敬请期待。

编辑：冯宇诗

审核：林子吟

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