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什么是核能?核能科学

2022-11-16 13:33     来源:国际原子能机构     核物理原子核

核能是从原子核释放的一种能量形式,原子核由质子和中子组成。这种能量来源可以通过两种方式产生:裂变——当原子核分裂成几个部分时——或聚变——当原子核融合在一起时。

当今世界用于发电的核能是通过核裂变产生的,而聚变发电技术正处于研发阶段。本文将探讨核裂变。

什么是核裂变?

核裂变是一个原子核分裂成两个或多个更小的原子核,同时释放能量的反应。

例如,当被中子撞击时,铀 235 的原子核会分裂成两个较小的原子核,例如钡原子核和氪原子核以及两个或三个中子。这些额外的中子会撞击周围的其他铀 235 原子,这些原子也会分裂并产生额外的中子,产生倍增效应,从而在几分之一秒内产生连锁反应。

每次发生反应时,都会以热和辐射的形式释放能量。热量可以在核电站中转化为电能,类似于使用煤、天然气和石油等化石燃料产生的热量来发电。

核裂变(图片来源:A. Vargas/IAEA)核电站是如何工作的?

在核电站内部,核反应堆及其设备包含并控制链式反应,最常见的燃料是铀 235,通过裂变产生热量。热量使反应堆的冷却剂(通常是水)变暖以产生蒸汽。然后将蒸汽引导至旋转涡轮机,激活发电机以产生低碳电力。

在此页面上查找有关不同类型核动力反应堆的更多详细信息。

压水反应堆是世界上使用最多的反应堆。(图片:A. Vargas/国际原子能机构)

铀的开采、浓缩和处置

铀是一种可以在世界各地的岩石中找到的金属。铀有几种天然存在的同位素,它们是质量和物理性质不同但化学性质相同的元素形式。铀有两种原始同位素:铀 238 和铀 235。铀 238 占世界铀的大部分,但不能产生链式裂变反应,而铀 235 可用于通过裂变产生能量,但占世界铀的不到 1%。

为了使天然铀更容易发生裂变,有必要通过称为铀浓缩的过程增加给定样品中铀 235 的含量。一旦铀被浓缩,它可以在发电厂中有效地用作核燃料三到五年,之后它仍然具有放射性,必须按照严格的指导方针进行处理,以保护人类和环境。用过的燃料,也称为乏燃料,也可以回收成其他类型的燃料,用作特殊核电站的新燃料。

什么是核燃料循环?

核燃料循环是一种工业过程,涉及在核动力反应堆中利用铀发电的多个步骤。这个循环从铀矿的开采开始,到核废料的处理结束。

核废料

核电站的运行会产生具有不同放射性水平的废物。根据它们的放射性水平和目的,对它们进行不同的管理。观看下面的动画以了解有关此主题的更多信息。

放射性废物管理

放射性废物只占所有废物的一小部分。它是每年数百万次医疗程序、使用辐射的工业和农业应用以及产生全球约 11% 电力的核反应堆的副产品。该动画解释了如何管理放射性废物以保护人类和环境免受现在和未来的辐射。

下一代核电站,也称为创新型先进反应堆,产生的核废料将比今天的反应堆少得多。预计它们可能会在 2030 年之前投入建设。

核电与气候变化

核能是一种低碳能源,因为与煤、油或气发电厂不同,核电厂在运行期间实际上不产生CO 2。核反应堆产生了世界上近三分之一的无碳电力,对于实现气候变化目标至关重要。

要了解更多关于核电和清洁能源转型的信息,请阅读本期《国际原子能机构公报》。

原子能机构的作用是什么?

原子能机构制定并促进安全可靠地利用核能以保护人类和环境的国际标准和导则。

原子能机构通过提供技术支持和知识管理来支持世界各地现有的和新的核计划。通过里程碑方案,原子能机构向想要开发核电计划的国家以及正在退役的国家提供技术专业知识和指导。

原子能机构通过其保障和核查活动监督核材料和技术未被转用于和平用途。

由 IAEA 牵头的审查工作组和咨询服务为核能生产生命周期内的必要活动提供指导:从铀矿开采到核电厂的建设、维护和退役以及核废料的管理。

国际原子能机构在哈萨克斯坦管理着低浓铀 (LEU ) 储备,可作为急需低浓铀用于和平目的的国家的最后手段。

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