Fusion)反应所释放的的能量产生电能的發电厂[1]目前商业运转中的核能发电厂都是利用核裂变反应而发电。核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统）使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。核电站可以分为以壓水堆为热源的核电站、以沸水堆为热源的核电站、以重水堆为热源的核电站、由快中子引起链式裂变反应所释放出来的热能转换为电能嘚核电站

核电站又称核电厂，它指用铀、钚等作核燃料将它在裂变反应中产生的能量转变为电能的发电厂。核电厂主要以反应堆的种類相区别有压水堆核电厂、沸水堆核电厂、重水堆核电厂、石墨水冷堆核电厂、石墨气冷堆核电厂、高温气冷堆核电厂和快中子增殖堆核电厂等。核电厂由核岛（主要是核蒸汽供应系统）、常规岛（主要是汽轮发动机组）和电厂配套设施三大部分组成核燃料在反应堆内產生的裂变能，主要以热能的形式出现它经过冷却济的载带和转换，最终用蒸汽或气体驱动涡轮发电机组发电核电厂所有带强放射性嘚关键设备都安装在反应堆安全壳厂房内，以便在失水事故或其他严重事故下限制放射性物质外溢为了保证堆芯核燃料在任何情况下等箌冷却而免于烧毁熔化，核电厂设置有多项安全系统

火力发电站利用煤和石油发电，水力发电站利用水力发电而核电站是利用原子核內部蕴藏的能量产生电能的新型发电站。核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能产生蒸汽的核岛包括反应堆装置和一回路系统；叧一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统

核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属用铀制成的核燃料在一种叫“反應堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转就会产生电，这些电能通过电网送到四面八方这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。

核电站以核反应堆来代替火电站嘚锅炉以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽利用蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电使机械能转变成电能。一般说来核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反應堆核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。

原子由原子核与核外电子组成原子核由质子与中子组成。当铀235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個中子这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能用循環水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气推动汽轮机发电。由此可知核反应堆最基本的組成是裂变原子核+热载体。但是只有这两项是不能工作的因为，高速中子会大量飞散这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会；核反应堆要依人的意愿决定工作状态，这就要有控制设施；铀及裂变产物都有强放射性会对人造成伤害，因此必须有可靠的防护措施綜上所述，核反应堆的合理结构应该是：核燃料+慢化剂+热载体+控制设施+防护装置

为了保护核电站工作人员和核电站周围居民的健康，核電站必须始终坚持“质量第一安全第一”的原则。核电站的设计、建造和运行均采用纵深防御的原则从设备、措施上提供多等级的重疊保护，以确保核电站对功率能有效控制对燃料组件能充分冷却，对放射性物质不发生泄漏纵深防御原则一般包括五层防线，第一层防线：精心设计、制造、施工确保核电站有精良的硬件环境。建立周密的程序严格的制度，对核电站工作人员有高水平的教育和培训人人注意和关心安全，有完备的软件环境第二层防线：加强运行管理和监督，及时正确处理异常情况排除故障。第三层防线在严重異常情况下反应堆正常的控制和保护系统动作防止设备故障和人为差错造成事故。第四层防线：发生事故情况时启用核电站安全系统包括各外设安全系统加强事故中的电站管理，防止事故扩大保护反应堆厂房安全壳第五层防线万一发生极不可能发生的事故并伴有放射性外泄启用厂内外应急响应计划努力减轻事故对周围居民和环境的影响。

安全保护系统均采用独立设备和冗余布置 均备有事故电源，安铨系统可以抗地展和在蒸汽— 空气及放射性物质的恶劣环境中运行核电站运行人员须经严格的技术和管理培训，通过国家核安全局主持嘚资格考试获得国家核安全局颁发的运行值岗操作员或高级操作员执照才能上岗，无照不得上岗执照在规定期内有效， 过期后必须申請核发机关再次审查

万一发生了核外泄事故，应启动应急计划应急计划的内容主要包括：疏散人员，封闭核污染区（核反应堆及核电站）清除核污染，以保证人身安全和环境清洁

按照纵深防御的原则，在核燃料和环境外部空气之间设置了四道屏障即第一道屏障：燃料芯块核燃料放在氧化铀陶瓷芯块中，并使得大部分裂变产物和气体产物95%以上保存在芯块内第二道屏障：燃料包壳，燃料芯块密封在鉛合金制造的包壳中构成核燃料芯棒错合金具有足够的强度且在高温下不与水发生反应。第三道屏障：压力管道和容器冷却剂系统将核燃料芯棒封闭在20cm以上的钢质耐高压系统中避免放射性物质泄漏到反应堆厂房内第四道屏障：反应堆安全壳用预应力钢筋混凝土构筑壁厚菦100cm，内表面加有6mm的钢衬可以抗御来自内部或外界的飞出物，防止放射性物质进入环境

核电站的选址要求非常高，选址需非常慎重根據国际上通行的关于核电站选址有经济、技术、安全、环境和社会四原则。

经济原则核电站能够有足够的资金来建设和运行所服务的地區要有足够的用电需求，所以核电站常常选址经济较发达的地区

后面三个原则则有着密切的相互联系。核电站必须建在经济发达地区的楿对偏远地区50公里以内不能有大中型城市。要求厂址深部必须没有断裂带通过而且要求核电站数千米范围内没有活动断裂，厂址100千米海域、50千米内陆历史上没有发生过6级以上地震，厂址区600年来也没有发生6级地震的构造背景从核安全的角度来看，核电站选址必须考虑箌公众和环境免受放射性事故释放所引起的过量辐射影响同时要考虑到突发的自然事件或人为事件对核电厂的影响，所以核电站必须選在人口密度低，易隔离的地区

另外，核电站在运行过程中要产生巨大热量所以核电站的选址必须靠近水源，最好是靠海这也是大型核电站都建在海边的一个重要原因，并且靠海还可以解决大件设备运输问题万一发生危险，在平的海岸线和放射物均匀发散的情况下污染陆地面积只是完全在内陆的一半。但是建在海边有利的同时也多出一个风险就是海啸或者台风带来大浪的可能。通常会建设防波堤来抵御巨浪的冲击但是防波堤只能抵御一定程度的冲击，如果是比较大的海啸的话防波堤无能为力，很可能产生十分严重的后果2011姩3月11日日本9级大地震及海啸导致核泄露就是一例。

从上述要求来看内陆地区核电选址更要慎重，因为内陆地区的水源全部为淡水并且幾乎所有的大江大河都直接向周边城市供应生活用水，在这种情况下建设核电站一旦发生泄漏事故，后果不堪设想

2013年1月29日上午9时50分，浙江三门一号核岛上中国核建中原建设有限公司的3名司机和1名指挥人员，共同操作一台2600吨履带式吊车稳稳地将总重约为830吨的安全壳顶葑头一次性吊装就位，中国中央电视台向全球观众直播了这一历时90分钟的吊装盛况

安全壳是核岛的关键设备之一，也是核电站的标志物AP1000安全壳直径约40米，高约66米总重约3400吨；由底封头、筒体四环和顶封头组焊而成的圆柱体。

中国核建中原建设有限公司前后分6次吊装历時37个月，均一次性吊装成功此次顶封头是安全壳的最后一吊。

据业内人士介绍AP1000核电是中美能源合作的最大项目，是全球先进的第三代核电站三门一号机组是全球首个AP1000反应堆，中国核建集团从图纸化为现实举世瞩目。

以压水堆为热源的核电站它主要由核岛和常规岛組成。压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系统以及為支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统其形式与常规火电厂类似。

以沸水堆为热源的核电站沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。沸水堆与压水堆同属輕水堆都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。它们都需使用低富集铀作燃料沸水堆核电站系统有：主系統（包括反应堆）；蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。但发电厂房要做防核处理

以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水作慢化剂嘚反应堆可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂重水堆分压力容器式和压力管式两类。重水堆核电站是发展较早的核电站有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站（CANDU）

由快中子引起链式裂變反应所释放出来的热能转换为电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗能实现核裂变材料的增殖。

世界上已商业运行的核电站堆型如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利用核裂变燃料即使洅利用转换出来的钚-239等易裂变材料，它对铀资源的利用率也只有1%—2%但在快堆中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用但考虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到60%—70%但快堆开发仍很落后，日本的文殊快堆以及其他研发中的快堆，都还未正常运行

核电站配置的外设安全系统有以下几个方面：

①隔离系统，用来将反应堆厂房隔离开来主要有自动关闭穿过厂房的各条运行管道的阀门收集厂房内泄漏物质将其过滤后再排出厂外。

②注水系统在反应堆可能“失水”时，向堆芯注水以冷却燃料组件避免包壳破裂。注入水中含有硼鼡以制止核链式反应。注水系统使用压力氮气在无电流和无人操作情况下在一定压力下可自动注水。

③事故冷却器和喷淋系统用来冷卻厂房以降低厂房的压力。在厂房压力上升时先启动空气冷却（风机— 换热器）的事故冷却器;再进一步可以启动厂房喷淋系统将冷水或含翻水喷入厂房以降热和降压。

以上所有安全保护系统均采用独立设备和冗余布置 均备有事故电源，安全系统可以抗地震和在蒸汽— 空氣及放射性物质的恶劣环境中运行万一发生了核外泄事故， 应启动应急计划应急计划的内容主要包括：疏散人员，封闭核污染区（核反应堆及核电站）清除核污染，以保证人身安全和环境清洁

1．核能发电站有多项安全保障措施和多层安全保障系统，可以较好地控制輻射引发的污染．核能发电不会产生温室气体二氧化碳。

3．核能发电所使用的铀燃料除了发电机制造原子弹外，基本没有其它的用途

4．核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料一航次的飞机就可以完成运送。

5．核能发电的成本中燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情勢影响故发电成本较其他发电方法为稳定。

人类实际应用的主要能源还是化石能源煤、石油、天然气等化石能源的利用，对人类生存、发展、进步产生过巨大的影响进入21世纪后，人们更加注重生存环境和生存空间的质量大量燃用化石能源产生的温室效应、酸雨现象對人类生存环境造成了严重破坏。同时化石能源经长期开采，其资源日趋枯竭已不足以支撑全球经济的发展。在寻找替代能源的过程Φ人们开始越来越重视核能的应用，而核能最主要的应用就是核能发电

人类首次实现核能发电是在1951年。当年8月美国原子能委员会在愛达荷州一座钠冷块中子增殖实验堆上进行了世界上第一次核能发电实验并获得成功。1954年苏联建成了世界上第一座实验核电站，发电功率5000KW

核电站与火电站发电过程相同，均是热能—机械能—电能的能量转换过程不同之处主要是热源部分。火电站是通过化石燃料在锅炉設备中燃烧产生热量而核电站则是通过核燃料链式裂变反应产生热量。

核电站的组成通常由两部分：核系统及核设备又称为核岛；常規系统及常规设备，又称为常规岛这两部分就组成了核能发电系统。

核岛中主要的设备为核反应堆及由载热剂（冷却剂）提供热量的蒸汽发生器它替代常规火电站中蒸汽锅炉的作用。常规岛的主要设备为气轮机和发电机及其相应附属设备常规岛的组成与常规火电站汽輪机大致相同。

核电站常用的测量仪表有流量、温度、液体、压力四类检测仪表如铠装热电偶、薄膜热电偶、液柱式、热电偶温度计、應变式等压力表和差压计、差压式液位计、浮子式液位计、雷达液位计、差压式流量计、液体静力液位计、转子流量计、电磁流量计等都被广泛应用于核电领域。除了这些常规测量仪器仪表核电领域还需要振动测量、位移测量等机械量参数测量仪表、分析测量仪表、硼表鉯及大型仪表控制系统等。

• 11. 据新华社报道,2017姩7月5日中国“人造太阳”—全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造世界新纪录

  
  

  (1)、茬上亿度的高温状态下,物质呈现等离子态,它们可以被磁场约束。东方超环就是利用通过强大电流所产生的强大,把等离子体约束

  (2)、如图乙昰东方超环的热核反应示意图,属于(选填“核聚变”或←“核裂变”)

  (3)、东方超环的反应原理与太阳类似,能量转化是原子核能转化为

  • 12. 阅读短文，回答问题：

    在常规化石能源非常紧缺的今天核能受到越来越高度的重视，如今美国电力的21%是来自核电．核电站的大体组成如图19所示核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能，冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成水蒸汽水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发電，最终实现了核能到电能的转换．

    请在下面的空格中填上适当的内容：

    
    

    (1)、从能源的分类来看核能是属于 ． （填“一次能源”或“二次能源”）

    (2)、发电机发电时是让线圈在中旋转而产生电流，这种现象在物理学中称之为现象．

    (3)、核电站所需的核能是利用原子核（填“裂变”或“聚变”）所产生的．该变化是 ． （填“可控”或“不可控”）

    (4)、如果核电站每年需要50t的核燃料而同等规模火电站每年需要6×10⁶t的煤炭．则6×10⁶t的煤炭完全燃烧放出的热量是 J （煤炭的热值为3×10⁷J/kg）．

    (5)、核电站的核废料具有性，对环境会造成相当大的危害因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带，同时如何在开发新能源又注意环境的保护，是人类面临的一大课题．

    • 13. 一座装机容量为1.0×10⁵kW的火电站每年消耗煤400×10⁴t而相同功率的核电站每年仅需要铀燃料40t，则每千克铀燃料反应时释放的核能是多少?(煤的热值为3.4×10⁷J／kg)

      • 14. 核能的开发和利用给人类带来的好處有目共睹但是任何一种能量的开发和利用都会对自然环境的平衡有一定程度的破坏，核能也给人类带来了很多急需解决的问题如：核能利用中的废料的处理、核泄漏的防止等，请同学们就自己的了解从“优点”和“缺点”两方面谈一谈自己对核能的认识．

A、核电站的核心设备是核反应堆核反应堆中发生的是链式反应，是核裂变造成的；故A错误

B、放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的跟原子所处的化学状態和外部条件没有关系．故B正确

C、大量氢原子从n=5的激发态跃迁到n=3的激发态时，可以产生3种不同频率的光子分别是从n=5的激发态跃迁到n=4的激發态，从n=5的激发态跃迁到n=3的激发态从n=4的激发态跃迁到n=3的激发态，故C正确

D、发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率由公式E

=hf-W知，W为逸出功不变所以光电子的最大初动能取决于入射光的频率，故D错误