核电站里面什么样?网上有核电站是“烧开水”的说法,甚至认为核电就是“盖罩子”的原子弹……事实真是这样吗?撰文/记者 赵天宇 编辑/刘昭新媒体编辑/房永珍从1954年世界上第一座核电站建成至今,核电站被认为是人类和平利用核能的典范,距今已有超过60年的历史。
发展核电对保障能源供应与安全,保护环境,实现电力工业结构优化有着十分重要的意义。
但另一方面,普通公众对于核电站并不了解,网上有核电站是“烧开水”的说法,甚至认为核电就是“盖罩子”的原子弹,事实情况真是这样吗?福清核电厂区现场(摄影/江建平 江春辉)▼ ▼ ▼裂变:核电站的基本原理核裂变,也称为核分裂反应,是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小原子的一种核反应形式。
早在1938年,核裂变现象,就由德国科学家奥托·哈恩和他的助手斯特拉斯曼在实验当中发现,由此拉开了人类利用核能的序幕。
当铀235这种核素的原子核受到外来中子轰击时,一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核,同时放出2-3个中子,这些中子又去轰击另外的铀235原子核,引起新的裂变,如此循环往复,进行的就是裂变的链式反应。
链式反应最大的“优势”就是可以产生大量热能,对于现代人类而言,这种热能最直接的作用正是发电。
1942年,美国科学家费米等建成世界上第一座人工核反应堆;1954年6月,苏联在莫斯科近郊奥布宁斯克,建成了世界上第一座向工业电网送电的核电站奥布宁斯克核电站。
核电站的工作原理是什么?以最常见的压水堆式核电站为例,用铀制成的核燃料,在反应堆内进行裂变并释放出大量热能;高压下的循环冷却水把热能带出,在蒸汽发生器内生成蒸汽,推动汽轮机旋转,从而产生电能。
除了压水堆核电站,目前全球范围内还有沸水堆、重水堆、高温气冷堆和快堆核电站。
沸水堆只有一个回路,省去了蒸汽发生器,相对比较简单,有时候和压水堆核电站一起被称作“轻水堆”;而重水堆是以重水作慢化剂的反应堆,可以直接利用天然铀作为核燃料。
高温气冷堆产生的热量,则是由氦气冷却剂带走,具有安全性好、出口温度高等特点;快堆核电站,直接利用快中子引起链式裂变反应,具有不需要慢化剂、体积小、功率密度大等优点,是目前国际核能界最成熟也是最具发展潜力的先进堆型之一。
△快堆核电站原理图▼ ▼ ▼借助回路实现能量转换高温气冷堆和快堆核电站,被认为是未来新一代核电站的主力技术,但目前世界上应用最广泛的主力堆型,依然是压水堆核电站。
数据显示,目前全球范围内在运行的核电站共有440多座,其中大部分是轻水堆,我国投入运行并将建造的绝大多数核电站,也都是轻水堆型的。
那么,压水堆核电站是怎样工作的?它又是怎样把核能转换成为电能的?一般而言,压水堆核电站有两个回路,其中一回路是核电站最核心的地方,相当于火电厂的锅炉,核裂变反应在这里发生以后,产生了巨大的热量,这些热量将高压水加热到300℃以上。
因为涉及放射性物质,为了确保安全,核电站所使用的核燃料,外面都会包裹着特制的燃料包壳。
整个一回路系统,也被安装在一个叫安全壳的密闭厂房中,核电站图片当中的“大壳子”就是这种封闭厂房,安全壳能够在核电厂发生事故时,最大限度地保证公众和环境不受到影响。
二回路系统是汽轮发电机系统。
由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统和辅助给水系统等组成。
二回路的水通过蒸汽发生器吸收了一回路蒸汽的热量,使自身变为饱和蒸汽,推动汽轮机发电,然后进入冷凝器,在冷凝器中冷却后,再通过给水泵进入蒸汽发生器。
有时候核电厂将冷凝器的冷却回路叫做三回路,这个回路利用冷却水源冷却二回路的水,三回路会将废热传到环境中。
不难发现,核电站的两个或三个回路彼此是独立运作,也是相互隔绝的,只有一回路的冷却剂中具有放射性,二三回路的水对于生态环境不会造成任何影响。
△“华龙一号”全球首堆福清核电5号机组现场(图片