核电厂的核能发电的原理及其利用三通阀

核裂变过程核能的利用，与原子裂变过程有关，这里以U235为例说明其过程。当中子轰击U235的原子核后，原子核分裂成为两个裂变碎块，并释放出两个或三个中子，平均为2．43个。如每次裂变后放出的2～3个中子，除泄漏及被别的元素吸收外，至少有一个中子可击中另一个U235原子核，并使之裂变，则这种裂变过程就可一代一代地维持下去，这种过程就称为链式反应。根据爱因斯坦能量方程式，裂变过程释放的能量为：E = mc2式中，m为质量；c为光速。因此，1 kg的U235理论上可产生2 667 t标准煤的热量。现在的核电站使用U235作为核燃料。自然中的铀称为天然铀，它主要由U235和U238组成。U235、U238称为铀的同位素。天然铀中U235占0．714％，易裂变；U238占99．3％，不易裂变。天然铀在多数型式的反应堆中不能维持连锁反应。因为中子冲击U238的原子核后通常并不产生裂变，却很容易被它俘获，造成中子的损失。因而天然铀作为核燃料时，必须经过加工以增加U235的比例。富集的燃料含有3％～20％的U235。核能的利用对U235在核裂变过程中产生的热能，用冷却介质加以吸收，将此热能用来产生蒸汽，然后利用蒸汽推动汽轮机作功，再带动发电机发电，就可完成核能到电能的转换。利用核能的关键是实现可控核裂变。能够实现大规模可控核裂变链式反应的装置称为核反应堆，简称为反应堆。它是向人类提供核能的关键设备。在水电厂，机组输出功率通过调节水轮机进水量进行调节；在火电厂，通过调整输入炉膛的煤粉和进风量调整锅炉的输入热量。那么在核电厂，输出能量如何控制呢?U235原子核的裂变，是通过中子轰击造成的。没有中子的轰击，就不可能有大量原子核的裂变。因此，可以通过调节中子的数量来达到调节原子核裂变反应的规模，即达到调节反应堆输出功率的目的。调节中子的数量，是通过移动控制棒来实现的。控制棒由镉或碳化硼等易吸收中子的材料制成，一般垂直放置，可上下运动。如果将控制棒插入反应堆的核燃料内，则吸收的中子多，裂变反应的规模就越来越小，反应堆功率下降；如果将控制棒抽出反应堆，则吸收的中子少，裂变反应的规模就越来越大，反应堆功率上升。当反应堆的功率上升到所要求的程度时，再适当插入控制棒，使吸收中子的数目适中，以便每次裂变后还剩下一个中子，可以击中另一个U235原子核。这样一来，裂变反应的规模就会一代一代地维持下去，从而使反应堆保持稳定的功率。总而言之，控制棒是调节反应堆平衡状态的砝码。为防止反应堆功率上升时控制棒插不进去，导致反应堆失控，人们想出了另一种万无一失 的办法。这就是在反应堆上部放置含硼液体。这种含硼液体可依靠高压氮气瓶的压力注入反 应堆。由于硼大量吸收中子，反应堆的功率就会急剧下降。现代的核电站，在以控制棒上下运动的办法来调节反应堆功率的同时，都采用在顶部放置 含硼液体的办法，以确保在任何情况下，都能使反应堆安全停堆。

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