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核能发电原理

来源:台湾电力公司 日期:2011年6月11日 15:52

核能的來源

    所有的物質,都是由各種原子所組成,而原子則是由中子、質子和電子所構成。原子就像太陽系,中子和 質子組構而成的原子核,在原子的中心有如太陽,而電子圍繞著原子核,就像地球、火星等這一類的行星圍繞太陽旋轉。

    有些原子的原子核若被外界的中子擊中時,容易分裂成兩個較小的原子核,又稱為核分裂。

     而所謂「核能」就是核分裂時所放出的能量。核分裂時可產生極大的能量。例如鈾的原子核分裂所放出的熱量約為碳原子燃燒放出能量的一千萬倍以上。
 核能電廠就是利用核分裂所釋放出的能量來發電。 

     核分裂的過程,新產生的分裂原子核的總質量會較分裂前原先的原子核的總質量輕一些。這部份減少的質量就是核能的來源。 

     核分裂時能釋放出多少能量是依據1905年愛因斯坦所提出的理論E=mc2計算,公式中的E為能量,m為質量,而C則為光速,其含義為質量與能量為一體的兩面,兩者之間是可以互換的。

     質量轉換產生的能量是非常巨大的,若以1公克的質量轉化所釋放的能量相當於16萬公噸黃色炸藥的爆炸威力或約可讓100瓦的燈泡點三萬年。

核能電廠與火力電廠的異同 
  
     核能與火力發電廠同樣具有鍋爐與發電的設備,水在鍋爐中加熱變成蒸汽,再利用蒸汽的力量推動汽機,以帶動發電機發電。主要的不同點為火力發電是在鍋爐內燃燒石油、天然氣或煤等化石燃料,核能發電是在反應爐(即鍋爐),以控制棒調節鈾燃料分裂的連鎖反應產生能量,將水加熱變成蒸汽。
 

 


核子反應爐

     世界各國所使用的核子反應爐有很多種型式,我國使用的是輕水式反應爐,這也是廣為世界各國所採用的。

     我國的輕水式反應爐有「沸水式」(BWR)及「壓水式」(PWR)兩種,這是因其「緩和劑」及「冷卻劑」都使用普通的水(即輕水)。
 
 

 

「沸水式」是在反應爐中直接產生蒸汽,並且直接送到汽機,將蒸汽能量轉為機械能,轉動發電機產生電力。 


 

「壓水式」是把反應爐中,所產生高壓高溫的水,送到蒸汽產生器,在那裡把另外一個系統的水變為蒸汽,再送到汽機。  

核燃料具有巨大的能量,但不是原子彈

     雖然核能電廠和原子彈都以鈾來產生能量,但原子彈所使用的鈾-235,濃度需達90%以上,才可瞬間密集反應產生巨大能量。但核能發電使用的燃料, 鈾-235濃度只約4%~5%,其餘95%~96%為無法產生核分裂的鈾-238,僅可緩慢反應,持續放出能量。 
   

    在核能電廠的反應爐中,有許多控制棒,可用以調節功率的產生;而原子彈則是以炸藥引爆,產生的能量是瞬間且巨大的,是無法控制的。核能電廠縱然遭受人為的蓄意破壞,也不會像原子彈般爆炸。
 
    由於鈾原子分裂所放出的熱量遠較石化燃料燃燒所放出的能量,因此核能電廠的燃料可在反應爐中連續使用長達一年半而不需填換。
 

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