核电站是怎么发电的？

如题所述

推荐答案 2021-03-13

答：核电站分为裂变核电站和聚变核电站两种，目前世界上运行的核电站全部是裂变核电站。利用聚变发电目前虽已点火实验成功，但由于还有许多技术上的困难需要解决，估计大约2050年前后才能投入商业运营。
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。