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核电科普知识介绍
文章来源: 日期:2011年03月19日


核能知识

    1.什么是原子?

    原子是组成单质和化合物的最小微粒,由质子、中子和电子组成。

   
2
.什么是原子核?

    原子的核心部分称为原子核,由质子和中子构成。

    3.什么是原子能?

    原子能即原子核能,是核结构发生变化时放出的能量。在实用上指重核裂变或轻核聚变时所放出的巨大能量,物质所具有的原子能比化学能大几百万倍以至一千万倍以上。例如,核电站所用的核燃料中有效成分是铀235,如果能让1千克铀235的原子核全部分裂成碎片(裂变),则它可以释放出相当于2700吨标准煤完全燃烧所放出的能量。

    4.什么是核裂变

  当一个铀235原子核吸收了一个中子后,这个原子核由于内部不稳定而分裂成两个或多个质量较小的原子核(称为裂变碎片),这种现象叫作核裂变。每次核裂变可释放出约200兆电子伏能量和2~3个新的中子。

  5.什么是链式核裂变反应

  中子撞击原子核引起原子核裂变,裂变的过程释放出能量,同时又产生了新的中子。新产生的中子引起新的原子核裂变,裂变反应连续不断地进行下去,同时不断产生新能量,这个过程就是链式核裂变反应。

  由于每次核裂变可释放出2~3个新的中子,因此,只要条件适当,这些新的中子就可以使其它的原子核发生新的裂变,释放出更多新的中子,从而使核裂变反应持续进行下去,形成链式裂变反应,使原子核内的能量被源源不断地释放出来。

                      核电基础知识

    6.
什么是核电站?

    核电站就是利用核能来大规模生产电力的发电站。反应堆是核电站的关键设置,链式裂变反应就在其中进行。核电站与我们常见的火力发电厂一样,都是用蒸汽推动汽轮机做功,带动发电机发电。它们的主要不同在于蒸汽供应系统。火电厂依靠燃烧化石燃料(煤、石油或天然气)释放的化学能制造蒸汽,核电站则依靠核燃料的核裂变反应释放的核能来制造蒸汽。

    7.核电站工作原理是什么?

    核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”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,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。

    8.什么是核反应堆?

  核反应堆是核电站的核心设备。它的作用是维持和控制链式裂变反应,产生核能,并将核能转换成可供使用的热能。

  核反应堆的心脏是堆芯,由核燃料组件和控制棒组件组成。

  9.什么是核燃料?

  核燃料是可在核反应堆中通过核裂变产生核能的材料,是铀矿石经过开采、初加工、铀转化,进而加工成核燃料元件。

  10.什么是控制棒?

  控制棒是强吸收体,它的移动速度快,操作可靠,使用灵活,可精确控制反应堆,是反应堆紧急控制和功率调节不可缺少的控制部件。

  11.目前世界上核电站主导堆型有哪些?

  目前世界上正在运行的核电机组共有400多台,其中压水堆占60%,沸水堆占21%,重水堆占9%,世界核电机组已累计运行超过1万堆·年。

    12..什么是压水堆核电站?

    以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。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,以及为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。

    13.什么是沸水堆核电站?

    就是指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轻水堆,都需使用低富集铀作燃料。沸水堆核电站系统包括主系统(包括反应堆)、蒸汽给水系统、反应堆辅助系统等

    14.什么是重水堆核电站?

    以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重水作慢化剂的反应堆,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。

    15.什么是快堆核电站?

    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。

    目前,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,即使再利用转换出来的钚-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%。

核电站安全性介绍

    16.核电站会像原子弹一样爆炸吗?

    核反应堆是不可能像原子弹那样爆炸的。

    这个结论的原因很简单:核反应堆的燃料是低浓铀,而原子弹用的是高浓铀,低浓铀没有条件产生原子弹式的爆炸。虽然核弹和核反应堆都是以铀为原料,但两者对纯度的要求完全不同,从地下挖出来的天然铀含99.3%的铀238和只有0.7%的铀235,而只有后者是能够发生链式反应的铀。生产核弹时,需要付出昂贵的代价去除杂质铀238,要求铀235的纯度在90%以上,而反应堆中一般只需要稍微3%左右提纯的铀,正如烈度白酒可以点燃,啤酒却不能点燃的道理一样,反应堆即使失控,也不会像原子弹那样爆炸。

    17.核电站事故是怎样分级的?

    国际核事故分级标准制定与1990年。这个标准是由国际原子能机构起草并颁布,旨在设定通用标准以及方便国际核事故交流通信。

  核事故分为7级,类似于地震级别。最低级别为1级,最高级别为7级。所有7个等级又被划分为2个不同的阶段。最低影响的3个等级被称为核事件,最高的4个等级称为核事故。

  第1级别核事件标准:

这一级别对外部没有任何影响,仅为内部操作违反安全准则。

  第2级核事件标准:

    这一级别对外部没有影响,但是内部可能有核物质污染扩散,或者直接过量辐射了员工或者操作严重违反安全规则。

    第3级核事件标准:

    很小的内部事件,外部放射剂量在允许的范围之内,或者严重的内部核污染影响至少1个工作人员。

    第4级核事故标准:

  非常有限但明显高于正常标准的核物质被散发到工厂外,或者反应堆严重受损或者工厂内部人员遭受严重辐射。

  第5级核事故标准:

  有限的核污染泄漏到工厂外,需要采取一定措施来挽救损失。

  第6级核事故标准:

    一部分核污染泄漏到工厂外,需要立即采取措施来挽救各种损失。

    第7级核事故标准:

  大量核污染泄露到工厂以外,造成巨大健康和环境影响。

    18.压水堆核电站有哪几道安全屏障?

    上世纪八十年代设计和建造的压水堆核电站吸取了前苏联切尔诺贝利和美国三里岛事故的经验教训,在核燃料和环境外部空气之间共设置了四道屏障。

    第一道屏障:燃料芯块。放在氧化铀陶瓷芯块中,使绝大部分裂变产物和气体产物保存在芯块内。

    第二道屏障:燃料包壳。燃料芯块密封在锆合金制造的包壳中,构成核燃料芯棒,锆合金具有足够的强度且在正常运行温度下不与水发生反应。

    第三道屏障:压力容器和管道构成反应堆冷却剂系统。将核燃料芯棒封闭在厚度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而成,壁厚近100cm,内表面加有钢衬,抗御来自内部或外界的飞出物,防止放射性物质进入环境。

    同时,核电厂还配置了外设安全系统,包括:

    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。

    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,用以制止核链式反应。注水系统使用压力氮气,在无电源和无人操作情况下可自动注水。

    安全壳通风和喷淋系统。用来冷却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,将冷水或含硼水喷入厂房,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有蒸汽及放射性物质的恶劣环境中运行。

    19.核电站建设是如何预防地震的?

    地震作为不可忽视的外在因素,在核电厂设计中得到了充分的考虑。核电厂抗震设计采用了较高标准,从采用的法规标准、地震水平的确定、计算分析的理论方法以及设计极限的采用方面,都有一套完整的、经过验证的程序。在设计中,考虑了两个水平的地震作用,即在运行安全地震作用下,抗震构筑物应能保证核电厂正常运行。

                         核电站经济性介绍

    20.为什么说核电是高效的能源?

  火电站利用化石燃料的燃烧所释放出的化学能来发电,核电站则利用核燃料的核裂变反应所释放的核能来发电。核能要比化学能大得多,所以核电站所消耗的核燃料比同样功率的火电厂所消耗的化石燃料要少得多。例如,一座百万千万级的煤电厂每年要消耗约300万吨原煤,而一座同样功率的核电站每年仅需补充约30吨核燃料,后者仅为前者的十万分之一。核电站一年仅需补充30吨核燃料,一辆重型卡车即可拉走。煤电厂一年消耗300万吨原煤,相当于每天要有一列40节车厢的火车为它拉煤。   

    21.
核电站能带来什么经济效益?

    核电的燃料费占成本的比例低,在还清建设本息之后,其发电成本大大低于煤电。美国有100多座核电机组,大多建成于上世纪七八十年代,起初每千瓦时核电平均成本超过5美分,在完成了还本付息后,到2000年降到1.5美分以下。

  核电站还会对当地经济带来巨大的拉动效应,提高所在城市的知名度,带动二、三产业的发展,为当地居民直接或间接地提供大量就业机会。

  以秦山核电基地所在的浙江省海盐县为例,从20世纪80年代初期核电进入海盐县起,至2007年底,核电各项建设累计投入资金约数百亿元,直接拉动了该县全社会固定资产投资的快速增长,仅以2008年为例,海盐县实现地方财政收入9.7亿元,其中核电系统贡献约4.3亿元,约占45%左右;核电以82亿元的销售收入,实现工业增加值55亿元,占全县工业生产总值的49%,占全县生产总值的28%。

    22.我国发展核电站的重要意义是什么?

  第一,有利于保障国家能源安全。一次能源的多元化,是国家能源安全战略的重要保证。我国人均能源资源占有率较低,分布也不均匀,为保证我国能源的长期稳定供应,核能将成为必不可少的替代能源。

  第二,有利于调整能源结构,改善大气环境。我国一次能源以煤炭为主,长期以来,煤电发电量占总发电量的80%以上。与火电相比,核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳。以核电替代部分火电,不但可以减少煤炭的开采、运输和燃烧总量,而且是电力工业减排污染的有效途径,也是缓解地球温室效应的重要措施。

  第三,有利于提高装备制造业水平,促进科技进步。核电工业属于高技术产业,其中核电设备设计与制造的技术含量高,质量要求严,产业关联度高,涉及上下游几十个行业。加快核电自主化建设,有利于推广应用高新技术,促进技术创新,对提高我国制造业整体工艺、材料和加工水平将发挥重要作用。


                             
辐射知识介绍

    23.什么是辐射?

    辐射分为电离辐射和非电离辐射。有些辐射,如红外线、微波等,由于能量低,不能引起物质电离,称为非电离辐射。凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的辐射,称为电离辐射。

    人们生活在大自然,辐射无处不在,我们吃的食物、住的房屋、天空大地、山月草木,乃至人的身体都存在着放射性。

    我国某些高本底地区3.7毫希/年;砖房0.75毫希/年;宇宙射线0.45毫希/年;水、粮食、蔬菜、空气0.25毫希/年;土壤0.15毫希/年;北京-欧洲往返一次0.04毫希;胸部透视一次0.02毫希。核电站运行对周围居民的辐射影响,远远低于天然辐射,可以说微乎其微。

    24.核电厂对周围居民会产生放射性影响吗?

    一座百万级核电厂周围居民一年接受的辐照只有0.048毫希,与每天抽1/5支香烟的辐照量相当。专家测算表明:全人类集体辐照剂量中,3/4来自自然界,1/5来自医疗及诊断,核电的份额为1/400。假如全球人类的预期寿命为60岁。一个人每天抽一包烟的人将减寿7年,而核电的影响是减寿24秒。

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