核能知識

1.什么是原子?

原子是組成單質(zhì)和化合物的最小微粒，由質(zhì)子、中子和電子組成。

2.什么是原子核?

原子的核心部分稱為原子核，由質(zhì)子和中子構(gòu)成。

3.什么是原子能?

原子能即原子核能，是核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放出的能量。在實用上指重核裂變或輕核聚變時所放出的巨大能量，物質(zhì)所具有的原子能比化學(xué)能大幾百萬倍以至一千萬倍以上。例如，核電站所用的核燃料中有效成分是鈾235，如果能讓1千克鈾235的原子核全部分裂成碎片(裂變)，則它可以釋放出相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出的能量。

4.什么是核裂變?

當(dāng)一個鈾235原子核吸收了一個中子后，這個原子核由于內(nèi)部不穩(wěn)定而分裂成兩個或多個質(zhì)量較小的原子核(稱為裂變碎片)，這種現(xiàn)象叫作核裂變。每次核裂變可釋放出約200兆電子伏能量和2～3個新的中子。

5.什么是鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)

中子撞擊原子核引起原子核裂變，裂變的過程釋放出能量，同時又產(chǎn)生了新的中子。新產(chǎn)生的中子引起新的原子核裂變，裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進行下去，同時不斷產(chǎn)生新能量，這個過程就是鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)。

由于每次核裂變可釋放出2～3個新的中子，因此，只要條件適當(dāng)，這些新的中子就可以使其它的原子核發(fā)生新的裂變，釋放出更多新的中子，從而使核裂變反應(yīng)持續(xù)進行下去，形成鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，使原子核內(nèi)的能量被源源不斷地釋放出來。

核電基礎(chǔ)知識

6.什么是核電站?

核電站就是利用核能來大規(guī)模生產(chǎn)電力的發(fā)電站。反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)置，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進行。核電站與我們常見的火力發(fā)電廠一樣，都是用蒸汽推動汽輪機做功，帶動發(fā)電機發(fā)電。它們的主要不同在于蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。火電廠依靠燃燒化石燃料(煤、石油或天然氣)釋放的化學(xué)能制造蒸汽，核電站則依靠核燃料的核裂變反應(yīng)釋放的核能來制造蒸汽。

7.核電站工作原理是什么?

核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方。

8.什么是核反應(yīng)堆?

核反應(yīng)堆是核電站的核心設(shè)備。它的作用是維持和控制鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，產(chǎn)生核能，并將核能轉(zhuǎn)換成可供使用的熱能。

核反應(yīng)堆的心臟是堆芯，由核燃料組件和控制棒組件組成。

9.什么是核燃料?

核燃料是可在核反應(yīng)堆中通過核裂變產(chǎn)生核能的材料，是鈾礦石經(jīng)過開采、初加工、鈾轉(zhuǎn)化，進而加工成核燃料元件。

10.什么是控制棒?

控制棒是強吸收體，它的移動速度快，操作可靠，使用靈活，可精確控制反應(yīng)堆，是反應(yīng)堆緊急控制和功率調(diào)節(jié)不可缺少的控制部件。

11.目前世界上核電站主導(dǎo)堆型有哪些?

目前世界上正在運行的核電機組共有400多臺，其中壓水堆占60%，沸水堆占21%，重水堆占9%，世界核電機組已累計運行超過1萬堆·年。

12..什么是壓水堆核電站?

以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規(guī)島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統(tǒng)設(shè)備主要有壓水堆本體，一回路系統(tǒng)，以及為支持一回路系統(tǒng)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。常規(guī)島主要包括汽輪機組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。

13.什么是沸水堆核電站?

就是指以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都需使用低富集鈾作燃料。沸水堆核電站系統(tǒng)包括主系統(tǒng)(包括反應(yīng)堆)、蒸汽給水系統(tǒng)、反應(yīng)堆輔助系統(tǒng)等。

14.什么是重水堆核電站?

以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應(yīng)堆，可以直接利用天然鈾作為核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。

15.什么是快堆核電站?

由快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)所釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站。快堆在運行中既消耗裂變材料，又生產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實現(xiàn)核裂變材料的增殖。

目前，世界上已商業(yè)運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂變?nèi)剂希词乖倮棉D(zhuǎn)換出來的钚-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也只有1%～2%，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉(zhuǎn)換成钚-239而得以使用，但考慮到各種損耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到60%～70%。

核電站安全性介紹

16.核電站會像原子彈一樣爆炸嗎?

核反應(yīng)堆是不可能像原子彈那樣爆炸的。

這個結(jié)論的原因很簡單：核反應(yīng)堆的燃料是低濃鈾，而原子彈用的是高濃鈾，低濃鈾沒有條件產(chǎn)生原子彈式的爆炸。雖然核彈和核反應(yīng)堆都是以鈾為原料，但兩者對純度的要求完全不同，從地下挖出來的天然鈾含99.3%的鈾238和只有0.7%的鈾235，而只有后者是能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾。生產(chǎn)核彈時，需要付出昂貴的代價去除雜質(zhì)鈾238，要求鈾235的純度在90%以上，而反應(yīng)堆中一般只需要稍微3%左右提純的鈾，正如烈度白酒可以點燃，啤酒卻不能點燃的道理一樣，反應(yīng)堆即使失控，也不會像原子彈那樣爆炸。

17.核電站事故是怎樣分級的?

國際核事故分級標(biāo)準(zhǔn)制定與1990年。這個標(biāo)準(zhǔn)是由國際原子能機構(gòu)起草并頒布，旨在設(shè)定通用標(biāo)準(zhǔn)以及方便國際核事故交流通信。

核事故分為7級，類似于地震級別。最低級別為1級，最高級別為7級。所有7個等級又被劃分為2個不同的階段。最低影響的3個等級被稱為核事件，最高的4個等級稱為核事故。

第1級別核事件標(biāo)準(zhǔn)：

這一級別對外部沒有任何影響，僅為內(nèi)部操作違反安全準(zhǔn)則。

第2級核事件標(biāo)準(zhǔn)：

這一級別對外部沒有影響，但是內(nèi)部可能有核物質(zhì)污染擴散，或者直接過量輻射了員工或者操作嚴(yán)重違反安全規(guī)則。

第3級核事件標(biāo)準(zhǔn)：

很小的內(nèi)部事件，外部放射劑量在允許的范圍之內(nèi)，或者嚴(yán)重的內(nèi)部核污染影響至少1個工作人員。

第4級核事故標(biāo)準(zhǔn)：

非常有限但明顯高于正常標(biāo)準(zhǔn)的核物質(zhì)被散發(fā)到工廠外，或者反應(yīng)堆嚴(yán)重受損或者工廠內(nèi)部人員遭受嚴(yán)重輻射。

第5級核事故標(biāo)準(zhǔn)：

有限的核污染泄漏到工廠外，需要采取一定措施來挽救損失。

第6級核事故標(biāo)準(zhǔn)：

一部分核污染泄漏到工廠外，需要立即采取措施來挽救各種損失。

第7級核事故標(biāo)準(zhǔn)：

大量核污染泄露到工廠以外，造成巨大健康和環(huán)境影響。

18.壓水堆核電站有哪幾道安全屏障?

上世紀(jì)八十年代設(shè)計和建造的壓水堆核電站吸取了前蘇聯(lián)切爾諾貝利和美國三里島事故的經(jīng)驗教訓(xùn)，在核燃料和環(huán)境外部空氣之間共設(shè)置了四道屏障。

第一道屏障：燃料芯塊。放在氧化鈾陶瓷芯塊中，使絕大部分裂變產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物保存在芯塊內(nèi)。

第二道屏障：燃料包殼。燃料芯塊密封在鋯合金制造的包殼中，構(gòu)成核燃料芯棒，鋯合金具有足夠的強度且在正常運行溫度下不與水發(fā)生反應(yīng)。

第三道屏障：壓力容器和管道構(gòu)成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)。將核燃料芯棒封閉在厚度20cm以上的鋼質(zhì)耐高壓系統(tǒng)中，避免放射性物質(zhì)泄漏到反應(yīng)堆廠房內(nèi)。

第四道屏障：反應(yīng)堆安全殼。用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑而成，壁厚近100cm，內(nèi)表面加有鋼襯，抗御來自內(nèi)部或外界的飛出物，防止放射性物質(zhì)進入環(huán)境。

同時，核電廠還配置了外設(shè)安全系統(tǒng)，包括：

隔離系統(tǒng)。用來將反應(yīng)堆廠房隔離開來，主要有自動關(guān)閉穿過廠房的各條運行管道的閥門，收集廠房內(nèi)泄漏物質(zhì)，將其過濾后再排出廠外。

注水系統(tǒng)。在反應(yīng)堆可能失水時，向堆芯注水，以冷卻燃料組件，避免包殼破裂，注入水中含有硼，用以制止核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。注水系統(tǒng)使用壓力氮氣，在無電源和無人操作情況下可自動注水。

安全殼通風(fēng)和噴淋系統(tǒng)。用來冷卻廠房以降低廠房的壓力。在廠房壓力上升時先啟動空氣冷卻(風(fēng)機—換熱器)的事故冷卻器;再進一步，可以啟動廠房噴淋系統(tǒng)，將冷水或含硼水噴入廠房，以降熱和降壓。

以上所有安全保護系統(tǒng)均采用獨立設(shè)備和冗余布置， 均備有事故電源，安全系統(tǒng)可以抗地震和在有蒸汽及放射性物質(zhì)的惡劣環(huán)境中運行。

19.核電站建設(shè)是如何預(yù)防地震的?

地震作為不可忽視的外在因素，在核電廠設(shè)計中得到了充分的考慮。核電廠抗震設(shè)計采用了較高標(biāo)準(zhǔn)，從采用的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、地震水平的確定、計算分析的理論方法以及設(shè)計極限的采用方面，都有一套完整的、經(jīng)過驗證的程序。在設(shè)計中，考慮了兩個水平的地震作用，即在運行安全地震作用下，抗震構(gòu)筑物應(yīng)能保證核電廠正常運行。

核電站經(jīng)濟性介紹

20.為什么說核電是高效的能源?

火電站利用化石燃料的燃燒所釋放出的化學(xué)能來發(fā)電，核電站則利用核燃料的核裂變反應(yīng)所釋放的核能來發(fā)電。核能要比化學(xué)能大得多，所以核電站所消耗的核燃料比同樣功率的火電廠所消耗的化石燃料要少得多。例如，一座百萬千萬級的煤電廠每年要消耗約300萬噸原煤，而一座同樣功率的核電站每年僅需補充約30噸核燃料，后者僅為前者的十萬分之一。核電站一年僅需補充30噸核燃料，一輛重型卡車即可拉走。煤電廠一年消耗300萬噸原煤，相當(dāng)于每天要有一列40節(jié)車廂的火車為它拉煤。

21.核電站能帶來什么經(jīng)濟效益?

核電的燃料費占成本的比例低，在還清建設(shè)本息之后，其發(fā)電成本大大低于煤電。美國有100多座核電機組，大多建成于上世紀(jì)七八十年代，起初每千瓦時核電平均成本超過5美分，在完成了還本付息后，到2000年降到1.5美分以下。

核電站還會對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟帶來巨大的拉動效應(yīng)，提高所在城市的知名度，帶動二、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為當(dāng)?shù)鼐用裰苯踊蜷g接地提供大量就業(yè)機會。

以秦山核電基地所在的浙江省海鹽縣為例，從20世紀(jì)80年代初期核電進入海鹽縣起，至2007年底，核電各項建設(shè)累計投入資金約數(shù)百億元，直接拉動了該縣全社會固定資產(chǎn)投資的快速增長，僅以2008年為例，海鹽縣實現(xiàn)地方財政收入9.7億元，其中核電系統(tǒng)貢獻約4.3億元，約占45%左右;核電以82億元的銷售收入，實現(xiàn)工業(yè)增加值55億元，占全縣工業(yè)生產(chǎn)總值的49%，占全縣生產(chǎn)總值的28%。

22.我國發(fā)展核電站的重要意義是什么?

第一，有利于保障國家能源安全。一次能源的多元化，是國家能源安全戰(zhàn)略的重要保證。我國人均能源資源占有率較低，分布也不均勻，為保證我國能源的長期穩(wěn)定供應(yīng)，核能將成為必不可少的替代能源。

第二，有利于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，改善大氣環(huán)境。我國一次能源以煤炭為主，長期以來，煤電發(fā)電量占總發(fā)電量的80%以上。與火電相比，核電不排放二氧化硫、煙塵、氮氧化物和二氧化碳。以核電替代部分火電，不但可以減少煤炭的開采、運輸和燃燒總量，而且是電力工業(yè)減排污染的有效途徑，也是緩解地球溫室效應(yīng)的重要措施。

第三，有利于提高裝備制造業(yè)水平，促進科技進步。核電工業(yè)屬于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其中核電設(shè)備設(shè)計與制造的技術(shù)含量高，質(zhì)量要求嚴(yán)，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高，涉及上下游幾十個行業(yè)。加快核電自主化建設(shè)，有利于推廣應(yīng)用高新技術(shù)，促進技術(shù)創(chuàng)新，對提高我國制造業(yè)整體工藝、材料和加工水平將發(fā)揮重要作用。

輻射知識介紹

23.什么是輻射?

輻射分為電離輻射和非電離輻射。有些輻射，如紅外線、微波等，由于能量低，不能引起物質(zhì)電離，稱為非電離輻射。凡是與物質(zhì)直接或間接作用時能使物質(zhì)電離的輻射，稱為電離輻射。

人們生活在大自然，輻射無處不在，我們吃的食物、住的房屋、天空大地、山月草木，乃至人的身體都存在著放射性。

我國某些高本底地區(qū)3.7毫希/年;磚房0.75毫希/年;宇宙射線0.45毫希/年;水、糧食、蔬菜、空氣0.25毫希/年;土壤0.15毫希/年;北京-歐洲往返一次0.04毫希;胸部透視一次0.02毫希。核電站運行對周圍居民的輻射影響，遠遠低于天然輻射，可以說微乎其微。

24.核電廠對周圍居民會產(chǎn)生放射性影響嗎?

一座百萬級核電廠周圍居民一年接受的輻照只有0.048毫希，與每天抽1/5支香煙的輻照量相當(dāng)。專家測算表明：全人類集體輻照劑量中，3/4來自自然界，1/5來自醫(yī)療及診斷，核電的份額為1/400。假如全球人類的預(yù)期壽命為60歲。一個人每天抽一包煙的人將減壽7年，而核電的影響是減壽24秒。

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