核電站工作原理及發展前景展望

馬敬清

[摘? ? 要]基于經濟建設發展的現狀以及國際局勢的變化，能源成為未來各個國家經濟建設能否持續發展的關鍵因素。文章通過文獻研究法以及措施分析法等方式，對能夠緩解目前能源使用短缺現象的核能發電站進行了工作原理的闡述，并嘗試對其未來的發展前景進行展望，以期能夠推動核能的進一步運用。

[關鍵詞]核電站;工作原理;發展前景

[中圖分類號]TM623 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–02

[Abstract]Based on the status quo of economic construction and development and the changes in the international situation， energy has become a key factor in the sustainability of the economic construction of various countries in the future. In this paper， through literature research methods and measures analysis methods， the working principle of nuclear power plants that can alleviate the current shortage of energy use is explained， and an attempt is made to look forward to its future development prospects in order to promote the further use of nuclear energy.

[Keywords]nuclear power plant; working principle; development prospect

核能是推動社會發展和人類建設的關鍵性能源，但是核能在使用過程中很容易觸發安全問題，也很容易導致周圍環境出現較為嚴重的污染，因此在進行核能使用的過程中，保障其安全性能，降低其對周遭環境的負面影響，成為了現階段核電站工作人員在日常研究的重心。

1 核電站工作的基本原理分析

要對核電站的發展前景進行深入的研究與討論，首先就要對相關核電站的運行基本原理進行一個充分的探究。在普通的火力發電站發電過程中，需要通過燃燒化石燃料來進行能量的獲取，化石燃料在燃燒的過程中所產生的能量被稱作化學能，這種化學能能夠使得物體運動的位置發生變化，對人們的生產與生活有極大的影響。這種化學能究其根本，是由原子的結合與分離而產生的一種能量，與原子核并無多大的關聯。眾所周知，原子由兩部分組成，一是原子核，二是電子。如果想辦法使得原子核內的中子和質子出現聚合或裂變等現象，那么其相互之間的吸引力就會在一瞬間釋放出來，轉換成巨大的能量，這種能量被稱為核能。核能的最早發現者是德國的一名科學家，他在1938年的時候通過對鈾原子的試驗觀察，發現原子核可以通過裂變產生巨大的能量，雖然當時試驗所迸發出的能量極其不穩定，但這種能量無疑是巨大的，相比較使用火力發電方式所創造出的化學能要強出許多倍。如果能夠通過可控的方式來進行原子核的裂變反應，那么就能夠迸發出巨大的能量。為此有關科學家從火力發電的原理中汲取經驗，在火力發電的過程中需要使用化石燃料燃燒，并使用水蒸汽來進行發電。類似的，在進行核電站發電的過程中，技術人員可以嘗試通過持續的核燃料裂變反應，產生巨大的能量，這種能量可以推動蒸汽汽輪發電機進行發電。因此相比較火力發電而言，使用核能來進行發電，工作原理是相類似的，這便是核電站的基本工作原理。

2 核裂變反應的主要類型分析

實際上核裂變的類型和結構有很多種，不同類型的核裂變反應堆能夠產生不同的效果，有關研究人員根據不同核裂變的反應特征，進行了不同類型核電站的建設，以期能夠使其在人們的日常生產生活中發揮更為巨大的作用。

2.1 輕水堆核電站

輕水堆核電站是目前運用最為廣泛最為常見的核電站。這種類型的核電站在日常的運行過程中需要使用普通水來進行冷卻，按照詳細的結構又可分為兩類。

其中一類被稱作壓水堆核電站，這類核電站需要通過主循環泵進行水的送入，在反應堆吸熱后，將其送入到蒸汽發生器下，進行熱量傳遞，在熱量傳遞完成后，再進入到主循環泵中。這是一個循環往復的過程。在一次循環后進入到二回路內的水將變成蒸汽進入到發電機的汽輪當中，進行發電機的發電，這兩個回路是相互隔絕的，因此不會出現任何水質被污染的現象，這是目前使用最為廣泛的核電站種類，在我國這類核電站一共有9臺。

除了壓水堆核電站外，另一類是沸水堆核電站，也是較為常見的一種核電站，它與壓水堆有較為明顯的不同，并不存在第2回路，水可以直接在反應堆內沸騰后轉化成蒸汽，進入到發電機的汽輪內幫助發電機進行發電。這種發電方式更為快速直接，但是很可能會讓放射性物質進入到汽輪機內部，因此存在一定的危險性。

2.2 重水堆核電站

重水堆核電站所用的水是氧化單氘，相比較輕水堆核電站而言，重水堆核電站用作冷卻劑的物質是重水。在系統結構方面與壓水堆核電站有一定的相似之處，但相比較輕水堆核電站而言，重水堆核電站有較為良好的慢化性能，因此較為適合在天然鈾資源豐富的區域內進行使用。我國在天然鈾資源豐富的區域內也會考慮使用重水堆核電站來進行發電。

2.3 氣冷堆核電站

無論是重水堆核電站還是輕水堆核電站，都是以水體資源為冷卻劑和慢化劑來進行相應的核能發電。但氣冷堆核電站則不同，氣冷堆核電站是以氣體為冷卻劑來進行相應的核能發電，但氣體的慢化作用并不優秀，因此有些技術研究人員嘗試添加使用耐高溫的石墨作為氣冷堆核電站的慢化劑來進行相應漫化功能的承擔。具體而言，在反應過程中，氣體將會進入到反應堆進行加熱，并在加熱后進入到蒸發器中變成蒸汽來幫助發電機進行發電。相比較輕水堆核電站和重水堆核電站而言，氣冷堆核電站也有自身一定的優勢，它的發電效率較高，并且能夠耐高溫，因此有些區域也會考慮使用這種方式來進行核能發電。

2.4 快中子增殖堆核電站

在前幾種核電站的核能發電進程推進時，都需要依靠慢化氣來進行核裂變速率的控制，但這樣的發電方式并不能充分地利用核燃料，會導致核燃料資源大量的浪費，為了能夠使得核燃料資源得到進一步的使用，有關技術研究人員嘗試進行快中子增殖堆的研究。所謂快中子，指的是并沒有經過慢化劑慢化的中子，相比較慢化中子而言，快中子蘊藏著巨大的能量。因此在進行快中子使用的過程中，除了能夠維持它原本能夠產生的自持鏈式反應之外，還有多余的中子可以進行再生材料的進一步運用與轉換，因此相比較使用慢化中子來進行相應反應推進的方式而言，快中子增殖堆在核燃料的使用率上達到了前所未有的高度，因此這種類型的核電站。是未來核能運用的方向，有關技術研究人員應當對此引起足夠的重視。

3 國外核電站發生與發展的歷程分析

國外有關核能源的運用已經經歷了較為漫長的時間，可以大致被分為如下幾個階段。20世紀50年代到60年代，在這一時間節點上，國外的有關研究者只是開始嘗試進行核電站的試驗與使用，并未形成較為科學合理的核電使用方式和使用系統。第1個投入使用的核電站在蘇聯，當時所建立的核電站在運用安全性能和資源利用方面均不理想，但已經打開了能源轉換運用的局面。而到了20世紀的70年代到80年代，核電站則進入了快速發展騰飛的階段，世界上的核電站建設總量快速增加，且相應發電機組的容量也產生了突飛猛進的突破。但在這一過程中核電站發生事故也此起彼伏，美國，蘇聯均發生過較為大型的核電站事故，正因如此有關核電站的使用安全性逐漸為科學家們所重視，許多技術研究者嘗試通過提升核電站的建設成本和建設周期的方式來進行核電站使用安全性能的進一步保障。在20世紀80年代后期，由于世界經濟發展速率的影響，全球的核電站建設與創新逐漸步入了平穩階段，但隨著不可再生能源的大量使用，導致能源枯竭現象愈發明顯，較為嚴重的環境問題不斷顯現，人類的生存壓力日益加大。在這種情況下，各國又開始重視起核電資源的使用，希望能夠通過核能的合理運用來緩解不可再生資源使用的壓力。因此到了20世紀后期，各個國家都開始重視起核電站的發展與建設，希望能夠通過核電的運用來進行環境問題的解決。

但需要注意的是，目前各國所建設的核電站均是以核裂變反應堆為基礎來進行有關機組運行的，以核裂變反應堆來迸發出的巨大能量，的確可以進行發電機的發電，但這種核裂變方式所迸發的能量并不穩定安全，且需要耗費大量的資金才能夠確保其正常使用。相比較核裂變反應堆而言，以核聚變反應堆為主來進行的核能發電更為穩定安全，更符合現階段人民群眾的能源使用期待。但在技術研究上，使用核聚變反應來進行核能資源的運用仍然存在著一定的難度，因此各國研究者還應當不斷地進行有關技術的創新與完善。通過現階段對核聚變反應堆系統的研究不難發現海水中的相應核聚變能源能夠為人類使用很長一段時間。換句話說，只要能夠熟練地掌握核聚變反應堆的應用技術，就能夠讓人類在清潔能源使用的發展背景下，進行安全的生存與繁衍。因此進行核聚變反應堆核電站的研發顯得尤為重要，這不僅能夠解決現階段日益嚴重的環境問題，還能夠使得清潔能源的長期穩定使用從理論變成現實。

4 國內核電站的發生與發展歷程分析

相比較國外的核能運用探索和研究而言，國內核能的運用和探索并未經歷較為漫長的時間階段。實際上國內核能的利用與探索最早開始于20世紀80年代，20世紀80年代到20世紀90年代中期，我國的核能運用處于起步探索階段。最早在我國建立的核電站是秦山核電站，這一核電站在1985年方才開始進行施工，在投入商業運行后，為我國的核能資源運用開辟了一條與眾不同的道路。這是一個壓水堆核電站，它的建設完成具有重大意義，意味著中國已經有能力建造屬于自己的核電站。而在20世紀90年代中期后，有關研究人員又對秦山核電站進行了不斷的拓展，現階段的秦山核電站已經擁有了4座核電站和8臺發電機，成為了我國核能發電以及核能資源運用的先驅。而進入到了21世紀后，世界各國的核電站運行過程中重大事故頻發，因此我國有意識地進行核電站建設與推進事業的步調控制，爭取在更為高效安全的前提下進行核電站建設。相比較陸地核電站而言，海上核電站的風險性要小一些，因此我國將核電站的建設重心放置在海上，并嘗試使用更穩健的方式進行內陸核電站項目的持續推進。隨著我國經濟建設的不斷發展以及核能資源發電技術的進一步完善。但這并不意味著我國的核能發電技術已經到達了頂尖水平，實際上，我國還將需要以三步走的戰略來進行核能發電技術創新與研究的持續性推進。現階段我國的核能發電仍然是以壓水堆核電站為主，但實際上核聚變堆發電才是未來核能發電技術研究的主要方向。因此我國未來的核能發電技術研究將朝著這個方向邁進。

5 結束語

核電發展歷經了較為漫長的階段，在未來的能源運用方面，核能資源將會成為主要能源。因此任何一個國家都應當重視起核能發電技術的運用與創新，通過加大資金投入和人才投入的方式，來進行核能發電技術的進一步改革，爭取使得未來的新能源利用普及率能夠得到進一步的提升與完善，只有如此，人類未來的生存環境才能夠更加穩定，獲得良好的發展。

參考文獻

[1] 馮獻靈，薛廣宇.核電站工作原理及發展前景展望[J].產業與科技論壇，2021，20（7）：75-76.

[2] 張煜.國內外浮動式核電站發展現狀的研究[J].中國新技術新產品，2020（1）：131-132.