核能电厂是如何运作的.PDF

核能電廠是如何運作的 前言 核能電廠，和燃燒石化燃料的發電廠一樣，都是先藉由把水煮沸來產生電力的。核 能電廠和其它類型的發電廠主要的不同之處在於，在核能電廠，用來製造蒸氣的熱 能是經由核分裂產生的，而不是燃燒石化燃料。 核子反應 在核能發電廠裡，核分裂是在反應爐裡進行。反應爐基本上就是把水加熱的機器。 反應爐有四個主要部分：(1)鈾燃料組件；(2)控制棒；(3)冷卻劑/緩和劑；以及(4) 壓 力槽。鈾燃料組件、控制棒、冷卻劑/緩和劑組成了反應爐的中心部份，而壓力槽則 圍繞著反應爐心。 燃料組件 核能電廠使用的鈾燃料是百分之三的 U235 和百分之 97 的U238 混合比例。但是我們 不能像把煤炭鏟進火爐裡一樣把鈾丟進反應爐 。鈾一定要先經過濃縮，然後製成大 約指頭大小的燃料丸。之後，這些燃料丸就被堆積在叫做燃料棒的中空金屬管，讓 丸固定在正確的位置上。 193 每支燃料棒都裝著大約 200 顆的燃料丸，約 3.6 到4.2 公尺長。然而，只用單獨一支 燃料棒並不足以提供生產大量電力所需的熱力 。所以燃料棒要被小心地綁在一起， 安置在燃料組件裡面，每個燃料組件裡大約放240 支的燃料棒。燃料組件讓每支燃 料棒彼此保持距離，這樣一來，當它們浸泡在反應爐心時，水可以從它們之間流過。 控制棒 核子爐的另外一個重要部分是控制棒。它們是從反應爐心的上方進入，然後在爐心 裡的燃料棒或燃料組件之間滑上滑下。控制棒規範著或掌控著核子反應的速度。這 些控制棒裡有例如鎘或者硼的材質。因為它們的原子構造的關係，鎘和硼會吸收中 子，可是不會分裂。控制棒的作用就有點像海綿一樣，是用來吸收多餘的中子。當 控制棒把會撞擊鈾原子而造成它們分裂的中子吸收起來的時候，連鎖反應的速度就 會慢下來。 反應爐心裡的溫度都是在嚴密的監督和控管之下。當爐心的溫度下降的時候，控制 棒就會慢慢地從爐心升起，那就會吸收比較少的中子。如此一來，就會有比較多的 中子可以進行分裂。這會釋出比較多的能量和熱力。當爐心的溫度上升的時候，控 制棒就會緩緩下降，這樣就會有比較少的中子可以進行連鎖反應，能量的輸出也就 會減低。要維持一個掌控之下的核子連鎖反應，每一個 U235 原子核分裂後釋出的其 中一個中子就要造成另外一個U235 原子核分裂，而同時其它的中子都被控制棒吸 收。這樣一來，分裂的原子就一直維持在同樣的數量。 在爐心的溫度變化通常都是循序漸進的。但是如果監測器察覺到溫度忽然大幅上升 的話，所有的控制棒就會完全下降到爐心裡去吸收中子，而造成反應爐即刻自動停 擺。造成這種停擺的原因，是因為讓連鎖反應持續下去的中子都被控制棒吸收掉了。 冷卻劑/緩和劑 反應爐的第三項基本裝備就是冷卻劑/緩和劑。在台灣的核能電廠裡，冷卻劑/緩和 劑就是經過處理的純水。任何被用來降溫的物質都可以叫做冷卻劑。在核能電廠裡， 冷卻水也被用來把反應爐的熱力運送到利用熱來發電的地方。如果沒有冷卻反應爐 的話，高溫可能會損害爐心。所以，反應爐裡隨時都要有冷卻劑，才不會讓它過熱。 緩和劑是用來減緩中子的速度。就像一顆球在它被輕輕地擲出時，你比較容易接住， 中子在它們移動沒那麼快的時候，比較容易被U235 原子核抓到並造成分裂。水可以 讓中子的速度慢下來，所以它也是一種緩和劑 。用水來當緩和劑讓鈾可以捕捉到足 夠的中子來進行連鎖反應。 194 壓力槽 反應爐的第四個部位是壓力槽。壓力槽非常龐大。它的牆壁有 22.5 公分厚，重量經 常都超過270 公噸。壓力槽圍繞著反應爐並保護著它。除了作為安全防護欄之外， 壓力槽也支撐著燃料組件、控制棒和冷卻劑/緩和劑。壓力槽是位於以厚重鋼筋水泥 搭建的圍阻體裡面。 核能電廠是怎麼發電的 核能電廠的反應爐把核能轉換成熱能(熱氣) 。核能電廠其它的設備則是負責將反應 爐產生的熱能轉換成電能。 因為分裂反應會產生熱氣，在反應爐心循環的冷卻/緩和水會變得非常熱。一般來 說，在水溫高達 100°C 的時候，水就會沸騰而變成氣體，也就是蒸汽。氣體佔據比 液體還多的空間。但是在某些反應爐裡面，因為空間有限，所以裡面的水沒有辦法 轉變成蒸氣。結果，水就一直處於壓力狀態之下，而且可以被加熱到 316°C 還保持 著液體狀態。因為在爐心的水一直處在足夠讓它保持液態的壓力之下，這種反應爐 就被稱為壓水式反應器。 圖片來源：看守台灣協會