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核电站安全吗?它们是如何工作的,又是如何建造的。

多年来,技术的发展使我们获得了对一些非凡物理原理的知识,如X射线的发现,这项发现彻底改变了医学;牛顿的工作使爱因斯坦能够研究相对论;或者原子的发现,导致了核裂变。

所有这些成就总是让科学界的意见分裂,他们认为这些发现是伟大的,但在某些方面又是危险的。

21世纪的社会多年来一直在质疑一项改变世界的发现:我们谈论的是核能!

核能或原子能是通过核反应和放射性衰变以动能形式获得的能源,广泛用于许多技术,如核电站以获取电力。到2020年,核能仅占全球电力生产的10%,尽管它是按单位生产的能量来衡量的最安全的能源来源之一。那么,为什么公众在使用这种技术时仍有保留?

让我们一起探索核电站的工作原理,并详细了解每一个步骤。

核电站是庞大而复杂的建筑,用作发电厂,通过核裂变生产能源。

核裂变是一种反应,其中重元素的原子核通过释放大量能量而衰变;这种反应发生在重金属原子核,如铀-235,在中子轰击下裂变,释放出三个新中子和能量。这些新中子之一会被另一个铀-238原子核吸收,在平衡中失去;另一个中子可能会逃逸系统;而第三个中子则会撞击另一个铀-235原子核,释放出更多中子,进而击中其他铀-235原子核,形成链式反应。

这种反应是核反应堆的基础,反应堆以受控方式管理重材料的衰变。

现在让我们看看核电站是如何构成的,以及它如何运行!

该设施主要分为两个部分:第一个称为核岛,包含反应堆的建筑;第二个称为常规岛,管理核能以将其转化为电能。
核岛从外部看是一个巨大的混凝土块,用于隔离位于设施中心的反应堆。在反应堆内,我们可以看到由可裂变材料(通常是铀-238和铀-235的混合物)组成的核心或核。通常使用重水或石墨作为慢化剂来减缓生成的中子,从而增加裂变的概率。

反应堆中还有金属控制棒,用于捕获过量的中子,并插入核心以调节反应功率,并在必要时在危急情况下停止过程。如果反应达到临界水平,它将释放出巨大的能量,导致核心熔化,破坏隔离墙并将放射性材料释放到环境中。减速的反应碎片会产生热量,这些热量被围绕铀核心的热传输液体捕获。简而言之,热传输液体的作用与散热器加热系统中的热水相同,水将锅炉产生的热量传输到房间的各个点。压缩的热传输液体到达核心时的温度为290°C,在15兆帕的压力下升至320°C,以防止其沸腾。

加热的液体通过蒸汽发生器,在此过程中会生成饱和湿蒸汽;此时,它通过一个除湿器,将其转化为饱和干蒸汽,并通过导管系统传输到常规岛内的蒸汽轮机,最终温度为290°C,压力为5兆帕。使用增压器来保持稳定的压力。涡轮机是一种利用蒸汽热能将其转化为机械能的驱动装置。利用转化后的能量,涡轮机带动发电机,发电机用于生产电力;相同的原理在最常见的燃料发电站、水力发电站和风力发电站中使用。

如我们所见,整个过程会产生大量蒸汽,离开涡轮机后需要处理;冷却后,蒸汽返回液态,可再次用于该过程。涡轮机下方放置有冷凝器以冷却蒸汽,并通过冷却液将其转化为水。从冷凝器流出的水温度很高,不能直接排放到原水源,否则会损害生态系统;因此,更喜欢在河流、湖泊或海边建造核电站,这样大水量可以逐渐降低冷凝器水的温度而不会造成损害。对于建在内陆的电厂,需要一个封闭的冷却循环;最常用的系统是自然或强制循环冷却塔,使用巨大的风扇。