谦斑吧:核裂变及原子能发电

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核裂变及原子能发电


日期：2011-04-12 作者： 来源：文汇报                      
    原子能发电，利用来自核燃料的热能使水沸腾，采用蒸汽推动类似风车那样的涡轮机，最后驱动发电机发电。利用蒸汽进行发电的原理与火力发电基本相同，不同之处在于使用核燃料还是使用煤炭、天然气或者石油等其他能源生成蒸汽。
    
    普通原子能发电，利用了核燃料中高达3%的铀235原子发生核裂变时产生的巨大热能。1克铀235产生的能量，相当于3吨煤炭或者2000升石油所产生的能量。所谓核裂变，指位于原子中心的原子核发生分裂。原子核，由中子以及质子这两种粒子组成。当来自外部的中子撞击铀235后，变为小的原子核，并产生新的中子和热能。飞散出的中子与附近的铀235原子核再次撞击后，不断发生核裂变，从而产生出巨大热能。
    
    循环核裂变，不断产生热能的状态，被称为“临界”。进行核能发电时，必须保持这种状态。核燃料，呈细长的棒状，也就是新闻报道中经常提到的“燃料棒”。核裂变的状态，通过取出和放入利用容易吸收中子材料制成的控制棒来进行调整。
    
    反应堆，就是发生核裂变，并且使水沸腾的巨大装置。东京电力公司在福岛核电站中采用的沸水型反应堆，利用管子将蒸汽送入附近的建筑物内，驱动涡轮机进行发电。发电后的蒸汽，在名为“冷凝器”的装置中用海水进行冷却，变为水后再次被送往反应堆，如此反复循环。
    
    用于发电的水，除了生成蒸汽之外，还在反应堆中起着降低中子的速度，有效推进反应的作用。因为如果来自核裂变的中子飞出速度持续过快，将无法实现下一次的核裂变。专家介绍说：“没有水，中子将无法减速，就不会发生连续核裂变反应。”也就是说，如果反应堆处于无水的空烧状态，就不会发生连续核裂变。
    
    来自核燃料的热能，并不仅仅产生于核裂变。当铀235发生核裂变后，会变为各种各样的原子核，生成将近100种被称为“核裂变生成物”的物质。这些物质，几乎全部都是不稳定的放射性物质。在这些物质进入稳定状态之前，会一边发射出β射线等放射线，一边循环“衰变”，持续散发热能。含有大量核裂变生成物的乏燃料，平时必须放入水池中，用水连续冷却数年时间。
    
    不同的核裂变生成物，其衰变速度各不相同。所谓“半衰期”，指数量减少为一半的时间，具体时间从不到1秒钟一直到一千万年以上不等。在核电站事故中，最典型的是碘131（半衰期8天）和铯137（半衰期30天）。专家解释说：“半衰期短，立即就会发生衰变。半衰期如果过长，就难以检测出了。碘131和铯137不仅数量多，而且具有容易检测出的半衰期。”资料显示，上述物质进入人体之后，可能会对健康造成影响。
    
    在核电站中，必须严格密封放射性物质。包裹核燃料的管子、厚达16厘米的钢铁压力容器、厚达3厘米的钢铁收纳容器、约2米厚的混凝土墙壁等，组成了保护核电站的多重屏障。
    
    尽管有着如此严密的保护措施，在本次福岛核电站事故中，由于冷却水泵受海啸影响无法启动，导致无法冷却反应堆以及放入乏燃料池内的核燃料，并引发了放射性物质泄漏等一系列严峻问题。
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