图解核电站工作原理

一、核裂变原理

1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，铀裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程如图1所示。

图1 核裂变方程

二、链式反应

用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是核链式反应，如图2所示。在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，这叫质量亏损，这个过程中会释放出巨大的能量，这个能量就是爱因斯坦能量方程，△ E=（△m）c²。式中E为能量，m为质量，c为光速；如果1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量。

图2 核链式反应

三、反应堆组成

利用核能进行发电的电站称为核电站。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，核反应堆组成如图3所示，主要由燃料棒、控制棒和减速剂等组成，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”而产生热量，并使用这个热能来加热水产生蒸汽。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。

图3 核反应堆组成

四、核电站原理

将原子核裂变释放的核能转换成热能，再转变为电能。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方，核电站工作原理如图4。

图4 核电站工作原理

五、核电站特点：

优势：（1）核能发电排放少，不会造成空气污染；（2）核能发电为无碳排放，温室效应不明显；（3）铀燃料成本低，发电成本低。

缺点：（1）核电厂会产生放射性废料，处理麻烦；（2）核电厂热效率较低，产生的废热更多，环境热污染较严重；（3）核电站初投资成本大；（4）负荷适应性差，不宜满负荷运转，也不宜低负荷运转；（5）核事故会对生态及民众造成损害；兴建核电站易引发政治纷争；