核能-My数位学习.PPT

核能 班級:網通三甲 姓名:車哲豪 指導老師:林聰益 核能發電的原理 核能發電的原理與火力發電相似，核能發電是利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應時所產生的熱，將水加熱成高 溫高壓的蒸汽，用以推動汽輪機，再帶動發電機發電。 一般人對核能的第一個印象是原子彈，1945年美國在日本投下的2枚原子彈結束了第二次世界大戰。戰後，許 多科學家嘗試利用這種能產生巨大能量的新能源，以造福世人。 1953年12月8日，美國總統艾森豪在聯合國大會發表演說，強調「原子能的和平用途」（Atoms for Peace） ，開啟了世人使用核能的大門，而核能發電是其中成長最快的先鋒。1957年，第一座商業用核電廠就在美國賓州 開始運轉。世界上第一部用來發電的核反應器是1954年蘇俄的Obninsk APS，容量僅5 MWe。1956年英國建造完成 第一座氣冷式反應器（GCR）Calder Hall 1 號機。1957年西屋公司利用核子潛艇的反應器技術，在賓州的 Shipping Port 興建完成第一座商用壓水式反應器（PWR）核能電廠，容量為60MWe。從此人類進入了商業化核能 發電的新紀元，世界各國積極地研核能相關技術，進行大規模的合作事宜。 1960年，奇異公司設計的第一座容量 184MWe沸水式反應器（BWR）在伊利諾州的 Dresden 核電廠開始運轉發 電。1962年， 第一座重水式反應器（CANDU）在加拿大誕生。法國、日本、西德、瑞典等國亦經由西屋公司及奇異 公司的技術轉移而建立了本身的核能工業。輕水式商用核能電廠的容量亦自第一部的60MWe級順利發展到今日的1000 MWe、1300MWe、乃至1450MWe級。 持續性核分裂 有關連鎖反應的敘述不免使人怵目驚心，擔憂核分裂反應是否會帶來人 類的浩劫，但「水能載舟，亦能覆舟」，如果能安全地控制核分裂反應，則 其所釋出的巨大能量必能造福人類，這也是二次世界大戰結束後，科學家們 研究的重點。讓我們再看看右圖的核分裂過程，上半部顯示每次分裂後會有 2到3個新的中子產生，而這些中子也就是引發後續分裂反應的關鍵，如果它 們分別又引發了2到3次分裂反應，則分裂反應的次數便會一直增加，而且是 以等比級數的速度增加，即1次變2次，2次變4次，4次變8次，8次變16次…… ，而因每次都放出巨大的能量，故總量便很驚人，這就是原子彈爆炸能產生 巨大威力的原因。但如果我們有辨法在每次分裂後把2到3個新產生的中子吸 收掉一、兩個，而只讓一個中子繼續引發下一次分裂反應，則我們即可控制 每次反應的數目使其保持固定，並可把每次反應產生的能量用來發電，這種 狀況即稱為「臨界」核分裂反應，而前述分裂次數一代比一代多的狀態稱為 「超臨界」反應，反之若分裂次數一代比一代少則稱為「次臨界」反應；核 能電廠運轉發電時是保在臨界反應狀態，停機時則保持在次臨界狀態。 壓水式核反應器 壓水式核反應器流程如圖所示，其分裂反應原理，燃料棒設計，緩和劑功能，壓力槽與圍阻體之作用等都與沸水式 核反應器類似；兩者間最大的差別是壓水式反應器在水加熱成蒸汽的過程中採用了兩套迴路，在壓水式反應器中的「主 迴路」裏冷水經過爐心加熱後只增加溫度但不變成蒸汽，熱水送至「蒸汽產生器」中把熱量傳給「次迴路」的水後變成 冷水再送回爐心；而次迴路的水則會被加熱成蒸汽去推動汽輪機，用過的蒸汽再經海水冷卻後重複使用，這種設計可以 確保汽輪機使用的蒸汽絕無核分裂反應所產生的放射性物質，但因系統較為複雜，故運轉與維護也較沸水式反應器費事 。此外，壓水式反應器的控制棒設在壓力槽上端，由上向下抽插，比起沸水式反應器由下往上的設計在運作與保養上較 為方便。 沸水式核反應器 圖中與控制棒相間較粗的紅棒為燃料棒，核分裂的主角—鈾-235—即裝在其中， 燃料棒必須一直泡在水中，而水除了吸收核分裂反應產生的能量外，還兼做中子的「緩和劑」；要瞭解這個名詞須先回 顧一下核分裂反應過程，該圖左邊使鈾-235發生分裂的中子必須是低能量的中子（在核能界稱其為慢中子或熱中子）， 而圖右邊新生中子的能量約為慢中子的四千萬倍，因此被稱為「快中子」；若想使快中子引發下一個鈾-235原子核之分 裂，則必須使其能量降低，而水中的氫原子質量與中子相近，故快中子與氫原子碰撞多次後能量會傳給氫原子而變成慢 中子。因此水因有緩和快中子能量的作用而被稱為緩和劑，而也因有此種現象才能使核分裂反應得以持續發生。 台灣核能電廠的概況 目前我國有3座運轉中的核能電廠，供應全國民眾高品質、安全穩定與清潔的能源。核能發電是我國電力供應鏈中不可或缺的一環。去年全國發電能量（又稱裝置容量）約為32,000 仟瓩，其中核能發電佔16%容量，竟發出22%的電力。相較之下，天然氣發電有19%容量，卻只發出14%的電力