核能:干净可靠,但是否安全?

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更新于: 2020年12月14日13:24:28 格林尼治标准时

为什么要使用核能?

与煤炭和天然气等化石燃料不同的是,核能几乎不排放二氧化碳

Image of 100%核能的二氧化碳当量排放与今天的能量混合比较

100%核能的二氧化碳当量排放与今天的能量混合比较

除此之外,核能可以不分时段提供稳定的电能 因为它不取决于天气。 这看起来很有希望,因此让我们更详细地研究它吧。

我们如何从分裂原子中获得能量?

您是否听过爱因斯坦的 “E = mc²”?这个方程基本上是说我们可以把原子量转化成能量 (并返回) ! 这正是核电厂能量的来源。

原子由质子、中子和电子构成。质子和中子位于原子的中心位置(称为“核”)。 质子带正电,电子带负电,中子不带电

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氦原子

核反应堆使用铀-235,具有92个质子和143个中子的铀的 变体。 它叫做铀-235,因为92 + 143 = 235。

当你在铀-235点燃中子时,它会分裂成

  • 两个较小的原子
  • 少量中子(最多5个,但平均2或3个;每次分裂都是随机的)
  • 有些能量 存于热量的形式中。这是我们获得能量的来源!
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分裂铀

核炸弹与核电厂之间有什么区别?

一个中子造成铀-235原子分裂,释放能量和更多中子。 这些新的中子可能导致更多的铀-235分裂,这一过程不断重复。 所以,如果你把大量的铀-235原子挤在一个地方里,你就会得到

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核链反应

如果每次分裂会造成两次或两次以上的分裂,所有能量都将很快被释放,这基本上就是核弹的状况。 在核能反应堆中,我们希望每次分裂平均再造成一次分裂,这使它保持稳定且不变。

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稳定的核链反应

这能通过精明的工程做到这一点,而我们在这门课程的“高级”版本中有更详细的介绍哦。

核反应堆如何运作?

现今最受欢迎的反应堆类型是 加压水反应堆(PWR)。它包含两个充满水的循环。 第一个叫做初级回路,是铀-235分裂的地方,使回路里的水非常热。

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压水反应堆 1

初级回路的热水穿过一条通道通达另一个独立的水循环 - 次级回路。 通过煮沸次级回路的水产生的蒸汽被用来转动发电的涡轮机。

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压水反应堆 2

核能安全吗?

Image of 核与煤的安全

核与煤的安全

与普遍的看法相反,核事故极不可能发生,而总的来说造成的死亡人数远少于化石燃料(主要是因为燃烧化石燃料释放出致命的空气污染)

但是,平心而论,建造核反应堆的专业知识也可以帮助各国更好地制造炸弹

核裂变的另一个弊处是放射性废物。 截至目前,美国有90,000吨有害废物(一个20米深的足球场)。 尽管我们知道如何暂时存储这些废物,但我们还没有长期的解决方案

在本课程的”进阶“版本中,我们完整讨论了可以帮助解决这些问题的新反应炉设计。

除了大众对核能安全的想法外,另一个不可否认的问题就是建造新的核电厂会很贵。实际上,在许多国家,包括美国,建造新的反应炉是没有利润的

结论

核几乎是零碳排且可靠的能源来源。

修建新的核电厂在西方世界已变得不经济了, 关闭我们已建造的反应堆,只会移除一个安全和接近无碳的替代煤。此外,像中国和印度这样的国家正在建造新的核电厂 - 这对气候来说是件好事

今日的核能有废料问题,但这需要跟替代方案的问题做个权衡:化石燃料产生的二氧化碳排放。 然而,爆炸非常罕见,并且造成的死亡相对较少,以至于核能事实上是现有最安全的能源形式之一

前往测验!