核能基础知识

核反应堆发电通过释放的能量存储在铀和钚原子的原子核。要理解一个反应堆是如何工作的,必须看原子的基本结构和其组件之间的交互。原子由一个密集的核心,称为原子核,电子包围,可能被认为是绕着原子核。原子核是由带正电的质子和中性粒子称为中子;强大的核力量团结细胞核,抵消带正电的质子之间的排斥力。

我们与一个元素的化学性质是由质子和电子的数量决定的。最简单的原子,氢原子的原子核中一个质子和一个电子绕原子核近。所有的原子都有同位素元素的不同形式。同位素在细胞核中有不同的中子数,但有相同数量的质子。因为它是原子核的正电荷和负电荷的电子决定元素的化学行为,给定元素的同位素表现出相同的化学行为。为氢,有三种同位素;最简单的形式在细胞核——只有一个质子没有中子。另外两个氢的同位素氘和氚,包含一个和两个中子,respectively.3

大多数元素有天然同位素。特别感兴趣的是铀的同位素,铀238和铀235。这里的数字指的是中子和质子的总数在细胞核中找到。由于元素是由质子数决定,铀235原子的原子核将具有相同数量的质子铀238原子的原子核,即92。核的中子数不同,然而。

当我们周期表,质子和中子彼此束缚得更紧,直到我们到达铁元素。一旦我们通过铁、中子和质子注定更松散。因此,在重元素如铀、中子和质子注定不那么严格。因此,经历一种天然的放射性铀转换称为裂变。细胞核分裂分开成两个较轻的核在这一过程被称为自发裂变。自发裂变发生很少,它是没有技术的兴趣。然而,当被一个中子,铀235和铀238的核可能诱导发生裂变。当他们做的,能量的释放。如果一个足够数量的原子核裂变几乎同时,然后有用的能量释放。核反应堆是一个设备,旨在鼓励裂变的铀燃料。重要的是要注意,碎片或裂变产物,结果从高放射性裂变和环境必须保持在大量生产时如在一个反应堆。

由于铀235核的结构,它能够裂变中子袭击时,在任何速度移动,哪怕是一个进展相对缓慢。铀238,然而,需要一个中子,移动非常快为了裂变发生。生成有用的能量,必须有大量的反应几乎同时发生。在自然界中,铀是铀235的比例很小,约0.7%。对于大多数电力反应堆来说,这是不够的,必须增加铀235的百分比或丰富。浓缩过程依赖于大规模铀235和铀238之间的微小差异,是一个能源密集型。

两种富集方法目前在使用。最古老的方法,气体扩散方法,是基于一个铀235原子分子的铀六氟化气体打火机,在更高的速度比铀

3质量氢及其同位素之间的差异会导致化学过程的反应率是不同的。这种差异是用来增加氘的浓度生产重水,富含同位素氘。

238原子。气体扩散浓缩工厂必须有成千上万的分离阶段每个阶段产生以来只有极少量的浓缩。气体扩散富集方法是一个能源密集型浓缩技术和它的使用减少的更多能源效率离心浓缩技术。

离心分离法,圆柱体包含六氟化铀气体以非常高的速度旋转。铀235轴承之间的重量差异分子和铀238分子又会导致自然分离发生。像气体扩散方法,每一阶段生产只是一个极其微小的铀235的浓度增加,需要成千上万的阶段,直到实际水平的浓缩。对于一个典型的商业反应堆,必须增加铀的浓度在3%和5%之间。虽然能源密集型,基于离心浓缩设施将使用1/50的能量基于气体扩散的铀浓缩设施。

一旦富含铀235,六氟化铀气体经历一个转换过程,提取铀和转化成二氧化铀。然后形成二氧化铀芯块直径约1厘米,长约2厘米。这些小球然后装入缸由一个使用的锆合金由于锆不容易吸收中子。燃料,周围的圆筒形成包层防止裂变产物的释放反应堆。在反应堆中子保护是非常重要的,因为它的中子诱发裂变的铀235核。是尽一切努力确保中子是守恒的,鼓励他们的铀燃料芯块的吸收。

包含丰富的圆柱体二氧化铀燃料芯块是密封的燃料棒。一百或更多的这些棒装配在一个方形阵列形成燃料组件。根据类型的反应堆和燃料棒的数量在每个装配,175年和400年之间有组件需要形成一个核反应堆的核心。约100吨铀用于构成一个典型的反应堆堆芯。

在每个裂变反应释放的能量远远大于时释放的能量一个碳原子是化学结合燃煤氧原子ios版雷竞技下载 ,每个裂变释放约1亿倍的能量。这种能量的形式是分裂铀原子核的运动片段。碎片或裂变产物离开很快从裂变站点和其他燃料的核打击,提高燃料的温度。此外,裂变过程产生的中子诱发更多裂变。如果只有一个从每个裂变中子事件继续诱发裂变,那么反应是自我维持的,反应堆是至关重要的。

裂变产物也高放射性并释放出不同形式的辐射。一些反应堆的辐射被吸收,进一步增加反应堆的温度。然后使用产生的热量来加热水一样,煤的燃烧产生的热量用于加热水的燃煤发电厂。然后用来加热水产生蒸汽,从而产生电能。具体的过程取决于反应堆的类型。

继续阅读:增殖反应堆燃料供应的影响

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