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核能是如何被利用的

簡介鈾235 原子核有143箇中子和92個質子,當其被中子撞擊後會產生裂變分裂出另兩個元素鋇與氪,同時釋放出大概200兆電子伏的能量

鈾235裂變成什麼元素

核能是如何被利用的

原子能又稱“核能”。即原子核發生變化時釋放的能量。與傳統意義上的機械能、熱能、化學能等,其反應會改變物質的質量。原子是由質子、中子和電子組成的。世界上一切物質都是由原子構成的,任何原子都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉的帶負電的電子構成的。我們現今應用的核能主要來源於鈾元素。

核能是如何被利用的

鈾235 原子核有143箇中子和92個質子,當其被中子撞擊後會產生裂變分裂出另兩個元素鋇與氪,同時釋放出大概200兆電子伏的能量。不僅如此,一個鈾235裂變後還會產生兩個中子,繼續撞擊其他鈾原子引發不斷的裂變,這種反應也稱為鏈式反應。

鈾原料中一般含有雜質,其中含有鈾238,這種原子相對鈾235來說,只能捕獲中子,而不會產生鏈式反應,因此為保證鏈式反應,鈾235的純度很重要。需要生產原子彈的話,鈾235的含量需要超過90%以上。而利用核能發電則需要鈾235純度4%左右即可,這樣既保證了反應正常進行,更確保整個反應的安全可控。

核電站中我們將生產好的核材料加工成燃料芯塊,之後加入到長的空芯燃料管內。把多個燃料管組裝在一起形成燃料元件。將100多個燃料元件放入一個直徑3~4米的壓力容器內,外加控制器則形成核反應堆。

核能是如何被利用的

常見核電站反應堆有壓水反應堆、沸水反應堆、石墨堆、重水堆等。其中使用最多的是壓水反應堆式核電站。在反應堆廠房內,主泵機將冷卻水加壓注入到反應堆內,反應堆發生核裂變反應產生熱量。冷卻水吸收熱量後進入蒸汽發生器。透過蒸汽發生器將蒸汽輸送到汽輪機上。汽輪機在動發電機產生電能。同時蒸汽推動汽輪機後將進入冷凝器,冷凝器經過液冷方式,迅速將蒸汽轉換成冷卻水,迴圈進入到泵機所在的蓄水池內進行迴圈利用。

而核電站是如何保證執行安全的呢?首先其設定了三層屏障。第一層,燃料包殼,是防止放射物資進入迴圈迴路水。第二層,壓力容器及管道,能耐高壓高溫,用以保護堆芯及迴圈迴路水。第三層,採用6mm鋼襯外覆蓋1m厚鋼筋混凝土形成的安全殼將整個迴路系統封閉。

當核電站發生異常時,控制棒先落入堆芯吸收中子,從而控制核裂變反應。如果包殼收到威脅。安全注入系統會將含有硼酸的水注入反應堆,保證核反應中止,反應堆冷卻。如果壓力容器及管道損壞。安全殼噴淋系統會啟動,迅速降低安全殼內壓力。如果安全殼收到威脅,則啟動沙堆過濾器系統,將安全殼內的放射性物質抽入放射性物資過濾器,處理後進行排放。

總而言之,核能技術在科技發達的今天已經逐步成熟,我們有理由更應有信心去接受它為我們帶來的便利。

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