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深度剖析|核能——人类解决能源问题的唯一出路

2016-05-11 15:27来源:麻省理工科技评论关键词:核能核电项目核电建设收藏点赞

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核电就是把火电的锅炉换成了反应堆,火电以煤为燃料,核电以铀为燃料。反应堆将铀裂变产生能量传递给冷却剂,冷却剂再通过蒸汽发生器将热量传递给水蒸气,水蒸气推动涡轮进行发电,仅此而已。核能听起来似乎很高大上,但实际上却并没有那么神秘。

核电站工作原理图(图片来源:dbcp.gov.hk)

反应堆具有三道保护屏障来屏蔽辐射,即反应堆燃料棒包壳(一般为锆合金,这也是燃料棒技术里面最难的一个环节);反应堆压力容器其管道构成的压力边界,压力边界有放射性的冷却剂(一般为普通水)完全与外界隔离;还有就是有很厚的混凝土构成的安全壳,这层混凝土足以吸收反应堆内所有可能的任何辐射。所以在核电站安全壳外完全不用担心自己会受到辐射。

介绍完了这么一大堆以后,我们就要说几个反应堆的核心概念,在明白这些以后,核能或者说核电的现有问题与发展方向也就呼之欲出了。

1、富集度,这个是指核燃料里易裂变核素的含量,在铀的天然同位素里面铀-235的丰度仅为0.7%,而铀-238则高达99.2%,所以天然铀在大多数情况下是无法发生链式反应的。那么该怎么办呢?其实很简单,提高铀-235的富集度,也就是一般所说的浓缩铀。

实现的办法有很多种,最简单的就是离心分离法(因为铀-235和铀-238在密度上是有细微差别的,铀-238的密度较大,会富集在边缘,因此如果不断去除边缘的铀-238,U-235的浓度就会逐渐提高)。这个方法简单到什么程度呢?简单到把家里的洗衣机改装一下就能用,这个并不是小编自己扯的,据韩国《中央日报》网站今年3月10日报道,韩国正拟定对朝鲜禁售洗衣机。

当然,一般的浓缩离心机看起来还是很高大上的(见下图)。那么这个富集度到底要达到多少才够呢?一般认为核电用的轻水反应堆在3%-7%,仅是达到3%的富集度,每生产1吨的核燃料就需要将近7吨的天然铀,考虑到武器级别高达90%的富集度,朝鲜人民现在衣服估计都靠手洗了吧。

那么这里就能看到一个巨大的问题,那就是每生产1吨核燃料,就会产生6吨左右的核废料,这些所谓的“贫铀”废料大约含有0.2%的U-235,同样具有放射性,因此必须小心看管。因此核燃料对富集度的要求直接就产生了大量的核废料,这个即升高了核电的成本,也造成了对环境的重大隐患。

一排排用来浓缩可裂变铀同位素的气体离心机(图片来源Wikipedia)

原标题:核能是人类解决能源问题的唯一出路
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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