核能發電原理是什么？核能發電的發展前景如何？

核能是一種高度密集的優質能源，但作為發電的核能卻不容易釋放。美國擁有世界上最多的核電站，其核電反應堆占世界的四分之一。立陶宛和法國擁有世界上最高的核電比例，核能發電量占全國總發電量的75%以上。那么核能發電原理是什么？核能發電的發展前景如何？



一、核能發電簡介

自20世紀40年代出現原子彈以來，核能逐漸被人們所掌握。準確地說，"原子能 "應該是化學能，例如通過燃燒煤、石油或天然氣得到的就是 "原子能"，因為這種能量是可燃物質的化學反應所釋放的能量。化學反應過程只是將一種或幾種物質的分子結構改變為反應中另一種或幾種物質的分子結構，即從一種或幾種物質變成另一種或幾種新物質，不涉及原子的變化。核能是核反應所釋放的能量，它將原來的核結構從一個核變為另一個新的核變，即從一個元素變為另一個元素或同位素。核能發電利用這些同位素的核裂變鏈式反應產生的熱量，將水加熱成高溫高壓，驅動蒸汽渦輪機發電。

二、核能發電原理

核能發電的核心裝置是核反應堆。核反應堆按引起裂變的中子能量分為熱中子反應堆和快中子反應堆。核反應堆的起動、停堆和功率控制依靠控制棒，它由強吸收中子能力的材料(如硼、鎘)做成。為保證核反應堆安全，停堆用的安全棒也是由強吸收中子材料做成。

1、核裂變發電

核裂變發電是將原子核裂變所釋放的核能轉變為電能。核電站中的反應堆種類很多 ， 目前技術比較成熟且投入商業運行使用的一般有如下幾種 ：壓水堆、沸水堆、重水堆和其它堆 ，主力堆型是壓水反應堆。壓水堆核電站主要由原子核反應堆、一回路系統、二回路系統及其他輔助系統與設備組成。一回路系統也稱為核島 ，是將裂變轉化為水蒸汽的熱能裝置。反應堆所產生核能， 使堆芯發熱溫度升高 ，高溫、高壓的冷卻水在主泵驅動下流進堆芯 ，將堆芯中的熱量帶至蒸汽發生器。蒸汽發生器再把熱量傳遞給二回路循環系統中的給水，使給水加熱成為高壓蒸汽， 放熱后的冷卻水又重新流回堆芯。這樣循環往復構成一個密閉的循環回路。為了確保安全， 將整個一回路循環系統主設備集中安裝在安全殼內。

二回路循環系統亦稱常規島 ， 由汽輪機、發電機、凝汽器、二回路循環泵、加熱器除氧器及水箱等設備組成。二回路中蒸汽發生器的給水吸收了一回路傳來的熱量后變成高壓蒸汽 ，推動汽輪機，帶動發電機發電。做功后的廢氣在凝汽器內冷卻凝結成水 ，再由給水泵送入加熱器加熱后重新返回蒸汽發生器 ，再變成高壓蒸汽推動發電機做功發電 ，這樣就構成了第二個密閉循環回路。二回路系統設備均安裝在汽輪發電機組廠房內。

2、核聚變發電

研究表明，核聚變反應中每個核子放出的能量比核裂變反應中每個核子放出的量大約要高 4 倍，因此核聚變能是比核裂變更為巨大的一種能量。太陽能就是氫發生核聚變反應所產生的。核聚變反應也稱為熱核反應。核聚變反應所用的燃料是氘和氚，既無毒性，又無放射性，不會產生環境污染和溫室效應氣體，是最具開發應用前景的清潔能源。核聚變燃料氘在海水中大量存在，海水中大約每600 個氫原子就有一個氘原子，因此地球上海水中氘的總量約為 40 萬億 t。海水中所含的氘為 30 mg /L。

這些氘完全聚變所釋放的聚變能則相當于300 L 汽油燃燒的能量。從這個意義上說，如果實現了核聚變能的利用，則1 L海水就相當于300 L 汽油。因此海水中提取氘幾乎是取之不盡，用之不竭。而核聚變反應所需的另一種原料氚可以由鋰制造，地球上鋰的存儲量約為兩千多億噸，足以滿足人類開發利用核聚變能的需要。此外，據資料介紹，月球上儲有豐富的氦－3，氘與氦－3 的核聚變反應所釋放的能量比氘 － 氚核聚變反應釋放的能量還要大，而且氘與氦 － 3 的核聚變反應基本上不產生中子，因此可以大大減輕設備材料的輻射損傷，降低感生放射性的水平。

簡單來講，利用中子去撞擊鈾-235（核燃料）的原子核，會產生3個中子和2個原子核；又一次撞擊，會生成9個中子和4個原子核……這就是核裂變。當撞擊達到足夠次數時，中子的質量會小于鈾-235的質量，這樣會讓鈾-235釋放出巨大的能量，給反應堆升溫。水泵中的水流入反應堆時會給反應堆降溫，同時產生蒸汽，蒸汽可以驅動汽輪機發電，這就是核能發電的原理。



三、核能發電發展前景

1、核能作為一種安全、可靠、清潔、經濟的能源，已經成為一些發達國家的首選和我國能源發展的趨勢。

2、近年來，根據對世界各國經濟建設和社會發展形勢的預測，由于能源資源匱乏和溫室效應導致的全球變暖威脅，加上核電有利于環境保護的明顯優勢，將使核電產業蓬勃發展。核能作為一種先進的能源，將在滿足未來能源需求方面發揮重要作用。在第三世界經濟起飛的國家，常規能源生產不能滿足經濟發展的要求，需要用核電來補充發電能力。工業化國家在20世紀60年代和70年代建造的核電站即將結束，需要新的核電來取代它們。

3、可持續發展戰略已被許多國家、組織和世界上大多數國家接受，并積極采取措施防治污染，保護生態環境。由于核能具有經濟、安全、無污染三大優勢，發展核能的碳基替代燃料是實施可持續發展戰略、防治污染、保護生態環境的切實有效的措施之一。

4、未來的核能必須為公眾所接受，其公眾接受度將成為決定核能發展規模的重要因素之一。核能已經從上世紀六七十年代的高潮變成了低潮，除了世界經濟由高速發展階段轉入穩定發展階段，能源和電力需求增速大幅下降外，核能發展過程中還發生了三里島和切爾諾貝利兩次重大核事故，引起了公眾的疑慮。公眾的接受度問題已經成為發展核能的一大障礙，也是重要原因之一。

以上是核能發電原理及發展前景的相關介紹。從核電發展的大趨勢來看，中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確并正在實施。目前，中國正在發展壓水堆，中期發展快中子反應堆，遠期發展聚變反應堆。具體來說，鈾資源，采用鈾钚循環的技術路線，中期發展快中子反應堆核電站；長期發展聚變反應堆核電站，將基本解決能源需求 "永遠 "的矛盾。