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一
朋友,你想拥有一座核电站吗?
可以在有限的空间里提供大量的电力,足够满足你家基地的发展。
今天我们就来科普一下如何建造一座核电站。
核电站其实不复杂,本质就是烧开水。
水烧开了会产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机旋转,继而带动了发电机,然后就产生了源源不断的电力。
烧开水你已经会了,但是用什么来烧呢?
核电站其实是利用核反应堆里面的核裂变反应来产生大量的热能。
这里面离不开铀,1公斤的铀裂变所释放出来的能量,相当于吨标准煤,可见核能有多么强大。
二
说到强大,你可能还会想到原子弹,但这里是有区别的,就是它跟核反应堆里面使用的铀,浓度是不一样的。
核反应堆使用的是浓度为2%~4%的低浓缩铀,而原子弹用的是浓度为90%以上的武器级高浓缩铀。
之所以称它们为浓缩铀,是因为在天然矿石中,铀的含量只有0.7%,所以你需要建立一个铀浓缩厂,以提高铀的丰度。
当你坐在咖啡馆里,点上一杯意式浓缩咖啡时,或许你就会明白为什么叫浓缩铀了。
三
好了,要开始干活了。首先要去开采铀矿石,然后操作液压锤将矿石碎成小块,再送入碾磨机中磨成细沙。
接下来,将浓酸、碱或过氧化物溶液倒入其中,再经过一系列的化学反应后,就得到了一种浓度为70%~90%的氧化铀粉末。
这一步是为了将铀从矿石里分离出来。后面嘛,困难就来了。
铀是一种同位素,其含量大概占到天然铀的0.7%,而它的兄弟铀占到天然铀的99%,却没有任何核能利用价值。
那怎么把这哥俩分开,并得到我们需要的铀呢?关键就在于铀的原子重量比铀的原子稍小。
你需要将刚刚得到的黄色粉末与氢氟酸进行化学反应,以得到六氟化铀气体。然后就该离心机上场了。
将刚刚得到的气体注入到离心机中,在高速旋转下,较重的铀会被甩向管壁,而较轻的铀则会留在中心区域,随后靠近轴心的气体被导出,并输送到另一台离心机做进一步分离。
据说,伊朗有上万台离心机,甩了十年时间才提纯出公斤丰度为3%的浓缩铀。
当铀的浓度提高后,会送到燃料制造厂,经过一系列处理,它们会从气体转化为二氧化铀粉末,然后将其压缩成小的燃料颗粒,并加热制成坚硬的陶瓷材料,这就是二氧化铀陶瓷芯块。
这些芯块通常来说是直径1厘米,高度1厘米的圆柱体。
最后,几百个芯块叠在一起,装进一个长约4米的锆合金材料套管内,这便是燃料棒。燃料棒可以继续组合成燃料组件,每个组件中有90根以上的燃料棒。
一座兆瓦的压水式反应堆,每年需要约27吨铀,这大概是万个燃料芯块,5万多个燃料棒。
而相比之下,同等规模的燃煤发电站需要超过万吨的煤炭来产生同样多的电力。
四
虽然燃料棒中铀的浓度很低了,但它发生链式反应时,还是会释放出超乎寻常的能量。
若不加以限制,核反应堆将会因为过热而失控,因此就要做一些有效控制。
于是还需要在里面加入控制棒,它可以吸收中子,能有效控制链式反应的速率。
控制棒的插入位置也是有讲究的。
把控制棒拔出一点,反应堆就开始运转,想要加快反应,就把控制棒再抽出一点,想减少或者停止反应,将控制棒完全插入即可。
也就是说核反应堆能够很好控制自己的情绪,而同为核裂变的原子弹,控制不住自己当然就爆了。
五
反应堆芯弄好了,接下来就是如何把热量送出去。
国内的核电站普遍采用的是压水堆,顾名思义,就是把水压着不让其沸腾。加压到个大气压以上,水的沸点可以超过度。
在使用这种技术后,整个堆芯其实是泡在水里的,这就和“热得快”差不多了。
这些直接接触燃料棒的水完全与外界隔绝,放射性物质不会泄漏到环境中。
那既然这种水是完全密闭的,该怎么得到蒸汽呢?
别急,刚刚介绍的属于一回路系统,还有二回路系统,一回路的热水流经二回路的蒸汽发生器,以做热交换。
这样就可以让外面的水沸腾气化,继而推动汽轮机,带动发电机发电。
好了,这就是核电站的建造过程,或者说到此为止,你搞明白了核电站是如何发电的。
但还有一项重要的工作要做,就是如何保障核电站的安全,
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