核能“核能”来源于保持在原子核中的一种非常强的作用力——核力。核力和人们熟知的电磁力以及万有引力完全不同，它是一种非常强大的短程作用力。取得核能的方式有两种：一是目前已达到实用阶段的核裂变方式，二是目前还处于研究试验阶段的核聚变方式。自然界中的所有物质，将它们进行化学分解，就能分出氢、氧、铀等多种元素。这些元素结合起来便形成物质。保持物质性质的最小单位为分子。分子还可以分成原子，原子是代表元素的最小单位。原子由一个带正电荷的原子核和围绕该原子核周围的带负电荷的电子组成。原子核由质子和中子构成。图3-1-5核裂变反应示意图1）核裂变2）核聚变把一个氘核(质量数为2的氢核)和一个氚核(质量数为3的氢核)在高温、高压的环境下结合成一个氦核时，也会释放出核能，这就是所谓的氢核聚变，见图3-1-6。氢弹就是利用这个原理制成的。氢弹的威力比原子弹要大得多。我们最熟悉的太阳其内部就在不断地进行着大规模的核聚变反应，由此释放出的巨大核能以电磁波的形式从太阳辐射出来，地球上的人类自古以来，每天都享用着这种聚变释放出的核能。图3-1-6核聚变反应示意图磁约束是前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出的，他们期望用环行磁场这一“无形的河床来约束河水”。磁约束就是利用磁场将高温等离子体约束在一定的范围内。由于高温等离子体是由高速运动的荷电粒子（离子、电子）组成，如果利用设计的磁场来约束高温等离子体，使带电粒子只能沿着一个螺旋形的轨道运动，这样磁场的作用就相当于一个容器了（见图）。这就是磁约束系统的思想。受这一思想的启发，前苏联物理学家阿奇莫维奇开始了这一装置的研究。最初，他们在环形陶瓷真空室外套多匝线圈，利用电容器放电使真空室形成环形磁场。与此同时，用变压器放电，使等离子体电流产生极向磁场。后来又利用不锈钢真空室代替陶瓷真空室，还改进了线圈的工艺，增加了匝数，改进了磁场位形，最后成功地建成了一个高温等离子体磁约束装置。阿奇莫维奇将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克。托卡马克(TOKAMAK)在俄语中是“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词的组合，即环流磁真空室的缩写。磁约束原理图螺线管极向场环形场全超导托卡马克EAST（原名HT━7U）核聚变实验装置核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能—热能转换的装置。核反应堆是核电厂的心脏，核裂变链式反应在其中进行。反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。压水反应堆发电系统核电站核电站和火电站的系统示意图20世纪50年代美苏等工业发达国家在进行核军备竞赛的同时,也竞相发展核电站,前苏联于1954年建成的电功率仅五千千瓦的试验性的第一所原子能电站和美国于1957年建成的电功率为九万千瓦的希平港原型核电站等证明了利用核能发电的技术可行性,国际上把这些试验性和原型核电机组称为第一代核电机组。在这些机组取得的经验的基础上,20世纪60年代中期以来陆续建成了一些电功率在30万千瓦以上的如压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组。不仅进一步证明了核能发电的技术可行性,而且也证明了核电的经济性,即在经济上能与火电、水电相竞争。20世纪70年代因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展,当时核电发展的速度远大于火电和水电,目前世界上正在商业运行发电的四百多座核电机组,绝大部分是在这段时期建成的,称为第二代核电机组。目前,国际上开发的第三代核电堆型都是热中子堆,如压水堆、沸水堆、高温气冷堆;因为目前还只有热中子堆能有把握在近期实现商用化,我国第三代核电的堆型是电功率百万千瓦以上的压水堆。热中子反应堆，它是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子（或称慢中子），再利用热中子来进行链式反应的一种装置。由于热中子更容易引起铀－235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中，组成堆芯。链式反应就是在堆芯中进行的。反应堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。冷却剂也是吸收中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水（普通水）、重水、二氧化碳和氦气。自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。压水堆：高压冷却剂送入反应堆，一般冷却剂保持在120～160个大气压。在高压情况下，冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆，并进入蒸汽发生器，通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽。沸水堆核电站工作流程是：冷却剂（水）从堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程中，从燃料棒那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，将分离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。沸水反应堆发电系统重水堆按其结构型式可分为压力壳式和压力管式两种。压 |
