核电技术

利用放射性元素的质量转化过程中从原子核释放的能量为人类服务的技术。核能的利用分为核裂变和核聚变两类。二者都能放出巨大能量。一个铀235核分裂变能为2亿电子伏特； 一个氘核和一个氘核聚合成一个氨核释放出的核聚变能为1760万电子伏特； 而一个碳原子燃烧生成一个二氧化碳分子释放出的化学能仅为4.1电子伏特。以相同质量的反应物的释能大小作比较，核裂变能和核聚变能分别是化学能的250万倍和1000万倍，1千克铀235相当于2500吨煤，1千克氘相当于1万吨煤。
核能的释放主要有三种形式：
❶核裂变能。是通过一些重原子核 (如铀-235.铀-238. 钚-239等) 的裂变释放出的能量。
❷核聚变能。由两个或两个以上氢原子核 （如氢的同位素氘和氚） 结合成一个较重的原子核； 同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。
❸核衰变。核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用。人们只能利用核裂变能进行商业开发利用，而核聚变能可以被用来制造氢弹，氢弹是炸性 （无控） 核聚变。核电站和原子弹是核裂变能的两大应用，两者机制上的差异主要在于链式反应速度是否受到控制。核电站的关键设备是核反应堆，相当于火电站的锅炉，受控的链式反应就在这里进行。核反应堆有多种类型，按引起裂变的中子能量可分为热中子堆和快中子堆。热中子的能量在0.1电子伏特左右，快中子能量平均在2电子伏特左右。目前大量运行的是热中子堆，其中需要有慢化剂，通过其原子与中子碰撞，将快中子慢化为热中子。慢化剂用的是水、重水或石墨。堆内还有载出热量的冷却剂，冷却剂有水、重水和氦等。根据慢化剂和冷却剂和燃料不同，热中子堆可分为轻水堆 （用轻水作慢化剂和冷却剂稍加浓铀作燃料）、重水堆 （用重水作慢化剂和冷却剂稍加浓铀作燃料） 和石墨水冷堆 (石墨慢化，轻水冷却，稍加浓铀)。轻水堆又分压水堆和沸水堆。压水堆电站以低浓铀作燃料，以在一回路中流动的高压不沸腾水作冷却剂兼慢化剂。在压水堆中，核燃料被制成燃料棒，集束组合成燃料元件，紧密排列成堆芯。运行时裂变放出的中子飞入慢化剂 （水） 减速为热中子，再飞回核燃料内引起裂变。冷却剂 （水吸收核裂变释放的能量） 沿一回路流出堆外，在蒸汽发生器中把能量传给二回路水，使其变成高温高压蒸汽，推动汽轮发电机发电。反应速度由控制棒控制，由能强烈吸收中子的材料 (如镉、硼) 做成，通过调节控制棒插入堆芯的深度实施控制。
1954年，世界上第一座核电站建成，经过50多年的发展，核电已成为30多个国家 （大多数为发达国家） 能源组成中不可忽略的部分。至2000年底，全世界正在运行的核动力堆共有438座，总装机容量为351兆千瓦，所提供的电力占16%。法国核电占总电力的74.6%，比利时56.8%，瑞典39%，日本33.8%，德国30.6%，英国22%，美国20%，中国为1.2%。中国目前建成和在建的核电站总装机容量为 870万千瓦，2010年中国核电装机容量约为2000万千瓦，2020年约为4000万千瓦。国家发展改革委员会正在制定核电发展民用工业规划，准备到2020年电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，是中国核电在2020年时将为3600—4000万千瓦。到2020年中国将建成40座相当于大亚湾的百万千瓦级的核电站。