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核电站这样“烧开水”
工人日报—中工网 记者 赵 昂
http://www.workercn.cn    2018-04-20     来源:中工网—《工人日报》
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  4月,有“龙骨”之称的华龙一号福清5号机组堆内构件,由上海第一机床厂发运前往福建。华龙一号是我国自主研发和设计的第三代核电技术,这标志着我国核电技术的提升,堆内构件属于重型装备中的精密设备,承托起核燃料组建,并为各类堆芯测量装置提供精准定位和支承,正因如此,如果把核电站内各类设备比作“华龙一号”这一巨龙内的“器官”,堆内构件自然就是“龙骨”了。

  世界核能协会的数据显示,到今年1月为止,全世界共有30个国家和地区拥有核电机组,机组总数为440个,发电量占全球发电量的11%。因为核电具有低排放的优势,许多国家都在布局核电,目前共有18个国家的50个核电机组在建,我国在其中占比不小。

  在一个核电站中,核反应堆自然是核心关键所在,世界上第一个核反应堆,是由出生于意大利的美籍物理学家费米于1942年在美国芝加哥大学所建,被称为“芝加哥一号堆”。该反应堆于当年12月2日内部成功产生可控铀核裂变的链式反应,这一天被认为是人类原子能时代的开始,费米也被称为“原子能之父”。

  经常有人将核电站发电的过程比喻是“烧开水”,而核电站“烧开水”是从人类掌握控制核裂变的链式反应开始的。铀核在被中子轰击后,会分裂成两块质量差不多的碎块,这就叫原子核的裂变,在裂变过程中会释放能量,并且,裂变的过程中还会产生中子,继续轰击,引发新的裂变,这就叫“链式反应”。人类发现,这样的“链式反应”其实是可控的,于是,就开始使用核裂变释放的能量。

  控制住了“链式反应”,人类发明了原子弹,也造出了核电站。核裂变释放的能量,可以使反应区的温度升高,水或者液态的金属钠等液体在反应堆内外循环流动,就可以把反应堆内的热量传输出去,让反应堆冷却下来。反应堆放出的热,可以用来“烧水”,把水变成水蒸气后推动发电机发电。事实上,这样的发电原理和火电发电机是一样的,只不过,一个是用核燃料,一个是用煤。但是,核燃料的工作效率远远高于煤,一支铅笔大小的核燃料,相当于10吨左右的煤的工作效率。

  既然核电站“烧开水”的过程起始于中子对铀核的轰击,那么,如何控制好中子就至关重要。如果中子速度太快,就容易射不准铀核,于是人类要想办法让中子的速度慢下来,因而会使用一定的“慢化剂”,例如石墨、重水、轻水等,这就是常说的石墨反应堆、重水反应堆和轻水反应堆。世界上大部分核电机组采取的是轻水反应堆,轻水就是我们常见的水,相对于重水自然成本更低,效率也更高。

  核电站建起来了,公众对于核能使用的安全性要求也提高了。现有的核电站被分为3代,符合美国《先进轻水堆用户要求文件(URD文件)》和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求(EUR文件)》的反应堆,被认为是第三代反应堆。不论是在燃料管理技术、反应堆设计技术,还是数字化控制系统,第三代反应堆都比第二代反应堆有了很大改观。“华龙一号”作为具有自主知识产权的第三代核电技术,将为我国的能源事业做出很大贡献。

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