核電站裏麵什麽(me) 樣？網上有核電站是“燒開水”的說法，甚至認為(wei) 核電就是“蓋罩子”的原子彈……事實真是這樣嗎？

撰文/記者 趙天宇 編輯/劉昭

新媒體(ti) 編輯/房永珍

從(cong) 1954年世界上第一座核電站建成至今，核電站被認為(wei) 是人類和平利用核能的典範，距今已有超過60年的曆史。發展核電對保障能源供應與(yu) 安全，保護環境，實現電力工業(ye) 結構優(you) 化有著十分重要的意義(yi) 。但另一方麵，普通公眾(zhong) 對於(yu) 核電站並不了解，網上有核電站是“燒開水”的說法，甚至認為(wei) 核電就是“蓋罩子”的原子彈，事實情況真是這樣嗎？

△福清核電廠區現場（攝影/江建平 江春輝）

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裂變：核電站的基本原理

核裂變，也稱為(wei) 核分裂反應，是指由重的原子核（主要是指鈾核或鈈核）分裂成兩(liang) 個(ge) 或多個(ge) 質量較小原子的一種核反應形式。早在1938年，核裂變現象，就由德國科學家奧托·哈恩和他的助手斯特拉斯曼在實驗當中發現，由此拉開了人類利用核能的序幕。

當鈾235這種核素的原子核受到外來中子轟擊時，一個(ge) 原子核會(hui) 吸收一個(ge) 中子分裂成兩(liang) 個(ge) 質量較小的原子核，同時放出2-3個(ge) 中子，這些中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變，如此循環往複，進行的就是裂變的鏈式反應。

鏈式反應最大的“優(you) 勢”就是可以產(chan) 生大量熱能，對於(yu) 現代人類而言，這種熱能最直接的作用正是發電。1942年，美國科學家費米等建成世界上第一座人工核反應堆；1954年6月，蘇聯在莫斯科近郊奧布寧斯克，建成了世界上第一座向工業(ye) 電網送電的核電站奧布寧斯克核電站。

核電站的工作原理是什麽(me) ？以最常見的壓水堆式核電站為(wei) 例，用鈾製成的核燃料，在反應堆內(nei) 進行裂變並釋放出大量熱能；高壓下的循環冷卻水把熱能帶出，在蒸汽發生器內(nei) 生成蒸汽，推動汽輪機旋轉，從(cong) 而產(chan) 生電能。

除了壓水堆核電站，目前全球範圍內(nei) 還有沸水堆、重水堆、高溫氣冷堆和快堆核電站。沸水堆隻有一個(ge) 回路，省去了蒸汽發生器，相對比較簡單，有時候和壓水堆核電站一起被稱作“輕水堆”；而重水堆是以重水作慢化劑的反應堆，可以直接利用天然鈾作為(wei) 核燃料。

高溫氣冷堆產(chan) 生的熱量，則是由氦氣冷卻劑帶走，具有安全性好、出口溫度高等特點；快堆核電站，直接利用快中子引起鏈式裂變反應，具有不需要慢化劑、體(ti) 積小、功率密度大等優(you) 點，是目前國際核能界最成熟也是最具發展潛力的先進堆型之一。

△快堆核電站原理圖

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借助回路實現能量轉換

高溫氣冷堆和快堆核電站，被認為(wei) 是未來新一代核電站的主力技術，但目前世界上應用最廣泛的主力堆型，依然是壓水堆核電站。數據顯示，目前全球範圍內(nei) 在運行的核電站共有440多座，其中大部分是輕水堆，我國投入運行並將建造的絕大多數核電站，也都是輕水堆型的。

那麽(me) ，壓水堆核電站是怎樣工作的？它又是怎樣把核能轉換成為(wei) 電能的？

一般而言，壓水堆核電站有兩(liang) 個(ge) 回路，其中一回路是核電站最核心的地方，相當於(yu) 火電廠的鍋爐，核裂變反應在這裏發生以後，產(chan) 生了巨大的熱量，這些熱量將高壓水加熱到300℃以上。

因為(wei) 涉及放射性物質，為(wei) 了確保安全，核電站所使用的核燃料，外麵都會(hui) 包裹著特製的燃料包殼。整個(ge) 一回路係統，也被安裝在一個(ge) 叫安全殼的密閉廠房中，核電站圖片當中的“大殼子”就是這種封閉廠房，安全殼能夠在核電廠發生事故時，最大限度地保證公眾(zhong) 和環境不受到影響。

二回路係統是汽輪發電機係統。由蒸汽係統、汽輪發電機組、凝汽器、蒸汽排放係統、給水加熱係統和輔助給水係統等組成。二回路的水通過蒸汽發生器吸收了一回路蒸汽的熱量，使自身變為(wei) 飽和蒸汽，推動汽輪機發電，然後進入冷凝器，在冷凝器中冷卻後,再通過給水泵進入蒸汽發生器。

有時候核電廠將冷凝器的冷卻回路叫做三回路，這個(ge) 回路利用冷卻水源冷卻二回路的水，三回路會(hui) 將廢熱傳(chuan) 到環境中。

不難發現，核電站的兩(liang) 個(ge) 或三個(ge) 回路彼此是獨立運作，也是相互隔絕的，隻有一回路的冷卻劑中具有放射性，二三回路的水對於(yu) 生態環境不會(hui) 造成任何影響。

△“華龍一號”全球首堆福清核電5號機組現場（圖片來源/中國核能電力股份有限公司）

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核電站就是“燒開水”嗎？

長久以來，網上一直把核電站的工作原理，形象地比喻為(wei) “燒開水”。這讓不少人感到意外：核能這種具有科幻感的黑科技，為(wei) 何與(yu) 燒開水的稱呼畫上了等號？

實際上，從(cong) 設備上來看，核電站的反應堆，相當於(yu) 火電站的鍋爐。並且在具體(ti) 方法上，也就是用核裂變產(chan) 生的熱量，將水“燒開”來推動汽輪機工作，將熱能轉換為(wei) 電能。這與(yu) 燃煤電廠通過將煤炭燃燒後產(chan) 生的熱能轉換為(wei) 電能的方法並無差異。

但從(cong) 燃料的角度上來說，兩(liang) 者還是有本質區別的，核電主要利用的是燃料裂變能，而火電廠利用的是化學能。後者隻是單純地用煤炭或者其他化石燃料燒水，效率低、汙染嚴(yan) 重。而前者則通過核裂變反應以及回路式設計，傳(chuan) 遞熱量，並且能量密度極高。

以一座發電量為(wei) 100萬(wan) 千瓦的電站為(wei) 例，如果燒煤，每天需耗煤 7000~8000噸左右，一年高達300萬(wan) 噸。但改用核電站，需要鈾燃料量隻有煤炭的270萬(wan) 分之一，所以每年隻消耗約1.5噸鈾或鈈燃料，並且一次換料，可以滿功率運行連續數月甚至數年。

所以用“燒開水”來形容核電站並不錯誤，但就是這個(ge) “燒”的過程，核電站是有很高科技含量的，對於(yu) 人類利用能源而言也是一大進步。

△“華龍一號”全球首堆5號機組反應堆壓力容器順利引入（攝影/過東(dong) 海）

另一方麵，核電站的安全性能也很高，不可能像原子彈一樣爆炸。這是因為(wei) ，雖然兩(liang) 者的燃料相似，都含有鈾235或者鈈239，但它們(men) 的含量差距卻是巨大的，原子彈的含量高達90%以上，所以可以釋放出摧毀一座城市的巨大力量，但核電站含量僅(jin) 為(wei) 3%左右，猶如酒精和啤酒的差異。

此外，核電廠對選址、設計、建造、調試和運行都有嚴(yan) 格要求，並且各個(ge) 階段的每一項具體(ti) 活動，都有單項的質量保證要求，對於(yu) 人員的培訓也非常嚴(yan) 格。如果遇到自然災害等情況，核反應堆也能安全停閉，不會(hui) 對當地居民和自然環境造成危害。

（本專(zhuan) 題由北京科技報與(yu) 中核集團宣傳(chuan) 文化中心聯合策劃）

出品：科普中央廚房

監製：北京科技報 | 科學加客戶端


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