核電站的秘密

黃歡悅 貝貝

目前，電主要來源于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，其中核電占世界發(fā)電總量的20%，與火電、水電一起成為世界電力供應(yīng)三大支柱。我國第一座商用核電站是廣東的大亞灣核電站，那么大家知道我國少數(shù)民族地區(qū)的第一座核電站在哪兒嗎？答案來了——就在廣西防城港市港口區(qū)光坡鎮(zhèn)，因毗鄰紅沙村，所以廣西防城港核電站又稱“防城港紅沙核電站”。今天，我們就請(qǐng)“小創(chuàng)科普官”黃歡悅工程師來給我們介紹下廣西防城港核電站吧！

廣西防城港核電站是我國在西部地區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)開工建設(shè)的首個(gè)核電項(xiàng)目，規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組，建成后可每小時(shí)發(fā)600萬度電以上，目前一期工程的1號(hào)、2號(hào)機(jī)組已建成并已投入商業(yè)運(yùn)行，二期工程的3號(hào)、4號(hào)機(jī)組也已開工建設(shè)，其中二期工程采用了我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)——華龍一號(hào)。

說到核，同學(xué)們是不是會(huì)想到原子彈？原子彈作為核武器之一，和核電站的工作原理一樣，都是利用核能。鈾-235原子核在吸收一個(gè)中子以后能夠分裂，同時(shí)釋放出2～3個(gè)中子和大量的能量，這個(gè)就是核裂變能，也就是常說的核能。1個(gè)鈾原子核裂變后，可釋放出約200MeV的能量，而1克鈾裂變釋放的能量相當(dāng)于燃燒3噸煤，其爆炸產(chǎn)生的威力與20噸TNT炸藥爆炸產(chǎn)生的威力相當(dāng)。那么核電站會(huì)像原子彈那樣爆炸嗎？當(dāng)然不會(huì)，因?yàn)樵訌検欠衲鼙ㄈQ于核燃料——鈾的濃度。鈾濃度大于90%時(shí)核炸彈才會(huì)爆炸，而核電站的鈾濃度會(huì)被人們控制在5%以下，離核炸彈爆炸的指標(biāo)差了十萬八千里呢！

核電站與火電站一樣，都是通過燃料釋放的能量產(chǎn)生蒸汽，再用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的。不同的是核電站依靠核能產(chǎn)生蒸汽，火電站依靠煤炭、石油、天然氣等燃燒產(chǎn)生蒸汽，兩者的燃料重量相差10萬倍，因?yàn)樵拥闹亓恐挥?/1023克。拿兩者的重量相比，就如同拿地球的重量與一小塊磚頭的重量相比。1臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組1年只需消耗30噸核燃料，便可每小時(shí)發(fā)電100萬千瓦時(shí)，可供應(yīng)400個(gè)普通家庭1年的用電，且二氧化碳、二氧化硫等溫室氣體是“零排放”，所以核電站是“吃”得少、干活多、排得少、受天氣影響小的目前全球最穩(wěn)定的電力供應(yīng)渠道。由于核電站運(yùn)行需要有充足的水源來冷卻機(jī)組，而海水是比較理想的冷卻水源，因此大多數(shù)的核電站都建在沿海地區(qū)。

現(xiàn)在我們來看看1臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組是怎么發(fā)電的。核電機(jī)組需要的核燃料鈾是藏在鈾礦石中的，需經(jīng)過很多道工藝才能制成的鈾燃料塊，俗稱“黃餅”。

核電機(jī)組分為3條水回路，一回路布置在安全殼內(nèi)，包括壓力容器、堆芯、主泵、穩(wěn)壓器等主要設(shè)備，堆芯的核燃料在控制棒的作用下發(fā)生核裂變，并釋放出熱量，這些熱量隨著一回路中的水進(jìn)行循環(huán)，經(jīng)過蒸汽發(fā)生器時(shí)把熱量傳遞到二回路;二回路中包括蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、凝汽器、給水泵等主要設(shè)備，蒸汽發(fā)生器中的水吸收一回路熱量后，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏旱恼羝苿?dòng)汽輪機(jī)以每分鐘1500轉(zhuǎn)速度運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電;蒸汽經(jīng)過汽輪機(jī)后，大約有三分之一的熱量轉(zhuǎn)化為了電能，隨后蒸汽經(jīng)過凝汽器變成水，通過給水泵繼續(xù)回到蒸汽發(fā)生器，這樣便可循環(huán)利用能量;蒸汽在通過凝汽器的過程中，把剩余的熱量從二回路傳遞到了三回路，三回路中來自大海的水，直接將二回路中多余的熱量帶走，最終完成核能發(fā)電。

有同學(xué)會(huì)問：“我聽說核會(huì)有輻射，那核電站周邊是否安全呢？”要回答這個(gè)問題就不得不提核電站的三道保護(hù)屏障：第一道屏障是核燃料芯塊和包殼，核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)98%以上滯留于核燃料芯塊中，核燃料芯塊是燒結(jié)的二氧化鈾陶瓷機(jī)體，被密封在鋯合金包殼內(nèi)，這樣能有效防止放射性物質(zhì)外泄;第二道屏障是壓力殼，20厘米厚的鋼質(zhì)壓力殼能完全將一回路系統(tǒng)密封;第三道屏障是安全殼，安全殼即核反應(yīng)堆廠房外墻，由90厘米厚的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、6毫米厚的鋼板構(gòu)成，理論上可承受一架波音737飛機(jī)的撞擊。這些安全保護(hù)屏障讓核電站周邊的照射只有約0.01毫希/年，還小于去醫(yī)院照X光一次受到的輻射（約0.02毫希），而小于250毫希的照射是不會(huì)對(duì)人體健康有影響的。

核電站有多重保障保證核電安全輸出，所以我們大可放心享受核電站帶來的“福利”。據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)，截至2021年6月，我國運(yùn)行核電機(jī)組51臺(tái)（不含臺(tái)灣地區(qū)），在建核電機(jī)組11臺(tái);2021年1～6月，運(yùn)行核電機(jī)組累計(jì)發(fā)電量為1950.91億千瓦時(shí)，占全國累計(jì)發(fā)電量的5.04%。

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求日益增長的將來，核電因具有經(jīng)濟(jì)、高效、清潔的特性，必將發(fā)展壯大、大有可為。

（文章資料由廣西防城港核電站提供。）039387E8-795A-4786-B604-35CFE66B6A66