核電站如何工作？

核發電廠電力是全球重要的電力來源，為滿足能源需求提供了可靠且低碳的選擇。與傳統化石燃料發電廠不同，核電廠利用核反應產生熱量，然後將其轉化為電能。了解這些複雜設施的運作方式可以揭示它們在全球能源格局中的作用。在本文中，我們將通過將過程分解為關鍵組成部分和步驟來探索核電站的基本工作原理。

核裂變：核心反應

每個核電站的核心都是核裂變過程。這涉及將重原子（通常是鈾 235 或钚 239）的原子核分裂成更小的部分。當中子撞擊原子核時，它會分裂，釋放出大量的熱能和更多的中子。這些新釋放的中子隨後引發進一步的裂變反應，產生受控的鍊式反應。這種受控的能量釋放為工廠提供動力。

核反應堆堆芯

反應堆堆芯內裝有燃料棒，其中含有鈾或钚燃料芯塊。這些棒浸沒在水中，既充當冷卻劑又充當中子慢化劑。慢化劑減慢中子的速度，以有效維持鍊式反應。核心的設計是為了保持穩定的反應速率，確保工廠產生穩定的熱量輸出而不會過熱。

熱量的產生和傳遞

裂變產生的熱量提高了流經反應堆堆芯的冷卻水的溫度。然後使用熱水或蒸汽將熱能傳遞到輔助系統。在壓水反應堆 (PWR) 中，主迴路中的水保持高壓狀態以防止沸騰。被加熱的水通過熱交換器，將熱量傳遞到二次水迴路，產生蒸汽。

蒸汽生產

二次水迴路現在變成蒸汽，被引導至渦輪機。蒸汽的高壓和高溫使渦輪葉片旋轉，將熱能轉化為機械能。這一步至關重要，因為它將核裂變產生的熱量轉化為可以轉化為電能的能量形式。

發電

連接到渦輪機的是發電機，它將機械能轉化為電能。當渦輪葉片轉動時，它們使發電機內線圈內的磁鐵旋轉，從而感應出電流。然後，這些電力通過電力線傳輸，分配給家庭、企業和工業。

冷卻系統

通過渦輪機後，蒸汽進入冷凝器，在那裡被冷卻回水。這種冷卻通常是使用附近河流、湖泊或冷卻塔的水來實現的。然後冷凝水被泵回二級迴路重新加熱並重複使用，形成連續循環。

安全系統

核電站配備了多種安全系統，旨在防止事故和遏制輻射。其中包括可以吸收中子以減緩或停止鍊式反應的控制棒、緊急冷卻系統、由厚混凝土和鋼材製成的安全殼結構，以及實時監控工廠運行的眾多傳感器。

廢物管理

裂變過程會產生放射性廢物，必須仔細管理。乏燃料棒具有高放射性並產生熱量，因此它們最初被儲存在工廠現場的冷卻池中。最終，它們可能會被轉移到干桶儲存或重新加工以提取可用的材料。安全長期處置仍然是核能管理的一個關鍵問題。

核電站通過以核裂變為中心的複雜過程來運行。通過利用原子核分裂釋放的能量，這些工廠產生熱量，然後轉化為蒸汽來驅動渦輪機並發電。該系統依賴於精心設計的部件，如反應堆堆芯、冷卻劑系統、渦輪機和安全機制，以確保高效和安全的運行。儘管面臨放射性廢物處理等挑戰，核電仍然是重要的低碳能源，為世界電力供應做出了重大貢獻。了解核電站的工作原理有助於我們理解它們在可持續能源發展的更廣泛背景下的作用。