速度。
别急,还有招。
如图所示,左右两端蓝色的铀燃料棒,浸泡在水里。
中间红色的控制棒,是可以吸收中子的材料,诸如硼、碳化硼、镉等。
平时,两个燃料棒互扔中子对飙,控制棒在中间劝架,通过控制棒的升降就可以控制飞到对面的中子的数量,从而调节掰原子核的速度,即反应堆发热速度。
这些控制棒就跟铡刀似的,悬在反应堆上方。
一有风吹草动,控制棒立马一插到底,阻止两边的中子对抽。
燃料棒只能靠自己产生的中子自虐,发热功率降至最低,即所谓的「停堆」(停堆不是完全不发热)。
那能不能彻底不让235U分裂呢?
量子力学说,不行!
别说技术了,连理论都还找不到!
若没有中子轰击,这些原子核就按自己的节奏,一个一个分裂释放能量,这就是半衰期。
这下麻烦来了。
因为这家伙365天24小时每一秒都不停发热。
一旦热量不导出,温度就急剧上升,这能有多烫?
美帝三里岛核事故,从冷却系统故障到反应堆彻底毁坏,只用了120秒。
再然后,索性把堆芯熔化了,导致放射性物质外泄。
核反应堆最危险的就是冷却系统故障,这是核心的核心!
人类之所以愿意火中取栗,是因为掰原子核收益不菲。
一次加料,暖宝宝可以持续发热几个月到几十年不等(航母通常是几十年)。
领导都天天加班了,你员工好意思不加班吗?
就因为「加班」问题,暖宝宝分成了好几种。
同学们注意,下面开始报仇啦!
反应堆
沸水堆:
水既是慢化剂,也是导热剂,铀棒泡在水里发热,直接把水加热沸腾,气化后推动汽轮发电。
看这原理就有点慌,这个水带着放射性,还跑去推动汽轮,转轴的地方总归还是有缝隙的吧,出点故障就容易泄漏,所以大家玩的就少。
但因为沸水堆结构简单、成本低,不乏艺高人胆大之辈,大名鼎鼎的福岛核电站和切尔诺贝利核电站就是沸水堆。
我兔胆小,从来不玩沸水堆。
压水堆:
顾名思义,把水压着不让沸腾,加压到150个大气压以上,水的沸点超过300度,这个热水通过循环管道加热外面的水,让外面的水沸腾气化,推动汽轮。
这样和铀棒接触的水就完全与外界隔绝了,不容易泄漏,安全性高,压水是比较主流的玩法。
我兔玩核电一直很保守,在与美苏飙原子弹时判若两人,中学课本上一度只有秦山和大亚湾两座核电站。
最近几年估计是长进了,在建的有十几座压水堆。
能看出上下两图的本质区别吧?
轻水堆:
沸水堆和压水堆用的慢化水,若用最普通的水(俗称轻水),就叫轻水堆。
这是最常见的堆型,水多便宜啊!
重水堆:
慢化水若用氘化水(俗称重水),就叫重水堆。
这厮可了不得!
氘核比氢核重,所以中子减速效果更好,中子吸收也更少,对铀浓度的要求就低,甚至用天然铀就可以做燃料。
而轻水堆只能靠提高铀浓度来弥补中子的损失,通常铀浓度在3%-5%。
秦山三期核电站就是重水堆,加拿大的技术,据说这手艺加拿大最牛,这貌似是两国合作过最大的项目了,当然引渡贪官除外。
热堆:
这名字不太好理解,砖家们把变慢的中子就叫热中子,而不是慢中子,上述这些把中子变慢的暖宝宝,统称「热中子反应堆」,简称:热堆。
石墨气冷堆:
又叫「高温气冷堆」,这个得好好说道说道。
我兔算上在建的有十几座压水堆,说实话,压水堆技术不算出众,但凭借石墨气冷堆一举实现弯道超车,已经玩到了所谓的核电第四代!
这里的区别可大了,大家瞪大眼睛。
核反应堆之所以麻烦,是因为暖宝宝不停发热,万一冷却系统故障就gameover!
石墨气冷堆采用了非常巧妙的办法,把核燃料塞到一个石墨球里,利用石墨做慢化剂(话说,看到现在,还记得慢化剂的作用吧),然后用非常惰性的氦气做冷却剂(或叫导热剂)。
这结构妙在哪里呢?
我来描述一下工作过程:
中间那个小煤球,就是铀燃料,60mm的煤球,中间大约只有0.2mm的铀燃料;
正常工作时,就是对着一堆煤球吹氦气,让滚烫的氦气去烧开水发电;
等煤球不烫了,就从下面放走,再从上面放进新的煤球,继续吹气;
万一吹气系统失灵了,温度超过正常值,系统就停止扔新煤球;
让石墨
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