核能：替代能源的重要选择

核能为人类的发展指明了方向，它以经济、清洁、高效、安全向人类展示了广阔的发展前景。相信在不久的将来，我们的电能将彻底告别传统化石能源的左右，真正做到绿色、持久、低价。

人类的进步离不开能源，蒸汽机的发明引起了18世纪的工业革命，使人类进入了蒸汽时代，蒸汽机的主要能源物质是煤炭。19世纪60年代活塞式内燃机问世，直到今天，人类的主要生产运作还是靠内燃机，可以说是内燃机使人类步入了现代社会。内燃机的主要能源物质是石油。不管是蒸汽机还是内燃机，所使用的能源物质都是化石燃料，属于不可再生资源。1973年、1979年我们人类经历了两次能源危机，其中有政治因素也有经济因素。通过这两次能源危机，我们认识到人类的发展史是能源的消耗史，一旦现在依赖的常规能源耗尽，我们的正常生活将无以为继。日常生活困扰还不是最可怕的，因为能源危机，人类可能爆发战争，现在国际上的战事多少都牵扯到能源。

新能源开发是我们走出困境的必由之路，目前进行试探性利用的新能源主要是太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。现阶段，国际上发展较快的是运用核能发电。在法国，核能发电量占国民用电量的78%，法国也是世界上核能发电量占比最大的国家。我国的核能发电量仅占国民用电量的2%，随着国家经济的发展需要，我国正在大力发展核电事业。

目前商用化的核电站都是通过核裂变工作的。既然是通过裂变工作，首先需要解决的就是“燃料”问题。现在的核电站都是通过什么发电呢？

随着电力需求量的迅速增长和由此引起的能源不足，核能已经成了一种重要的替代能源，目前可以作为反应堆核燃料的易裂变同位素有235U、239Pu和233U三种。其中只有235U是在自然界中天然存在的，但天然铀中只含0.71%的235U。因此单纯以235U作为燃料很快就会使天然铀资源耗尽。

图3-34　两种铀矿石（放大10000倍）

幸运的是，我们可以把天然铀中99%以上的238U或232Th转换成人工易裂变同位素239Pu或233U，这一过程称为转换或增殖，反应过程如下：

当然，这是一个复杂的过程，需要经过化学、物理、机械加工等复杂而又严格的过程，制成形状和品质各异的元件，才能供各种反应堆作为燃料来使用，我国进行核燃料加工和乏燃料处理的主要是中核404厂，四川广元的821厂也从事相关工作，它们是我国核工业的幕后英雄。(www.xing528.com)

如果把核燃料比作石油，核反应堆就相当于发动机的气缸，反应堆是把核能转化为热能的装置。核燃料裂变产生大量热能，用循环水或其他物质导出热量使水变成水蒸气，推动汽轮机发电，这就是核能发电的原理。当然，实际发电过程是十分复杂的。

图3-35　核电站的心脏——反应堆

发动机光有气缸是不能正常工作的，必须有装置将能量输出，这点同反应堆一样。反应堆把核能转化为热能，热能并不能直接用来发电，因此我们需要另一个关键设备——蒸汽发生器。蒸汽发生器为反应堆冷却剂系统和二回路系统间的传热设备，它将反应堆冷却剂的热量传给两侧的水，此两侧的水蒸发后形成汽水混合物，经汽水分离干燥后的饱和蒸汽作为驱动汽轮机的工质。

图3-36　反应堆的能量输出装置——蒸汽发生器

反应堆冷却剂泵（主泵）是用来输送反应堆冷却剂，功能类似发动机水泵，使冷却剂在反应堆、主管道和蒸汽发生器所组成的密闭环路中循环，以便将反应堆产生的热量传递给二回路介质。

如果说以上装置是“发动机”，那么核电站中汽轮发电机组就相当于汽车能量输出的终端——轮子，汽轮发电机组是通过蒸汽推动汽轮机高速转动，带动发电机工作，从而产生电能的装置，这也是我们建核电站的终极目标。

图3-37　核电站的“轮子”

按反应堆冷却剂和中子慢化剂的不同，反应堆可分很多种。目前核电站的反应堆型主要是压水堆、沸水堆、重水堆、改进型气冷堆、压力管式石墨沸水堆、快中子增殖堆。