核能电厂是如何运作的.pdf

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1、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235238核能電廠使用的鈾燃料是百分之三的U和百分之97

2、的U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。

3、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

4、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235會減低。要維持一個掌控之下的核子連鎖反應，每一個U原子核分裂後釋出的其235中一個中子就要造成另外一個U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

5、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，235中子在它們移動沒那麼快的時候，比較容易被U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

6、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

7、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：看守台灣協會壓水式反應器有三個獨立的導管系統，或者環路系統，來傳導熱氣。在這些環路裡195的水永遠不會互相混合。但是熱能會在這些環路之間從一邊移動到另一邊。在第一環路，被加壓的水從核子爐中被抽取出來，經由非常堅固的導管分別輸送到幾座蒸氣發電機。在蒸氣發電機裡面，來自第一環路的冷卻/緩和水流經上百根的導管

8、。而來自第二環路的水則在這些導管周圍流動。在第一環路的水溫度高達316°C。因為熱氣會從較熱的地方流動到比較冷的地方，所以熱氣會從第一環路轉移到第二環路。當第二環路的水接收到來自第一環路的熱氣，就會轉變成蒸氣。這是因為第二環路的水接收到的壓力比較小。第二環路將蒸