核能:乾淨又可靠,但是它足夠安全嗎?

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向Sat Apr 03 2021 提供最新信息

為什麼要使用核能?

與化石燃料(例如煤和天然氣)不同,核能幾乎不產生任何二氧化氮排放[OWIDEnergy1,Nuclear3,NuclearSafe]。

如果我們今日所用的所有能源都由核能生產,那麼能源部分的二氧化碳排放量將會減少多少呢?


100%核能的二氧化碳當量排放与今天的能源組合比较

再者,核能在任何時候都能提供可靠的電力,因為它不依賴於天氣。這看起來很有希望,所以讓我們更詳細地研究它。

我們如何從分裂原子中獲得能量?

你有沒有聽說過愛因斯坦的「 E =mc²」?該方程式本質上說我們可以將質量轉為能量(然後返回)!這恰好就是核電站能源的來源。

原子由質子,中子和電子組成。質子和中子位於原子(稱為「原子核」)的中心。質子帶正電荷​​,電子帶負電荷,而中子完全不帶電荷

氦原子

核反應堆使用鈾-235,這是鈾的同位素,具有92個質子和143個中子。之所以稱為鈾-235,是因為92 + 143 = 235。

當你向鈾-235發射一個中子時,它會分裂成

  • 兩個較小的原子
  • 少量中子(最多5個,但平均2或3個;每次分裂都是隨機的)
  • 一些能量 以熱能形式儲存。這是我們獲取能量的來源!
分裂鈾

核彈與核電廠之間有什麽區別?

一個中子會導致一個鈾-235原子分裂,釋放能量和更多中子。這些新的中子可能導致更多的鈾-235分裂,而且這一過程不斷重復。 所以,如果你把大量的鈾-235原子堆積在一個地方,你就會得到......

核鏈反應

為什麼這有問題?


如果每次分裂會造成兩次或以上的分裂,所有能量都將很快被釋放,這基本上就是核彈爆炸時的情況。 在核反應堆中,我們希望每個分裂都能平均地再產生一次分裂,這將使它保持穩定且不變。

穩定核鏈反應

這可以通過巧妙的工程學來實現,我們在本課程的「進階」版本中有更詳細的介紹。

核反應堆如何運作?

當今最流行的反應堆類型是加壓水反應堆(PWR)。它擁有兩個裝滿水的循環迴路,第一個稱為一迴路,是鈾-235分解的地方,這使這條迴路中的水非常熱。

壓水反應堆 1

一迴路的熱水穿過管道通達另一個獨立的水循環[Pressurized1]-二迴路。然後,通過沸騰該第二迴路的水而產生的蒸汽將用於旋轉渦輪,從而發電。

壓水反應堆 2

核能安全嗎?

在上述過程中可能會出什麼問題呢[BombRisk,NuclearSafe,StoreWaste,Fukushima,Chernobyl]?


上述的都是問題。我們多看看這些數據。核電比煤炭 (每單位發電量) 造成的死亡人數多還是少


核與煤的安全

與流行的看法相反,核事故極不可能發生,而且造成的死亡人數遠少於化石燃料(主要是因為燃燒化石燃料會釋放出致命的空氣污染)

然而,可以說,建造核反應堆的專業知識也可以有利於各國製造炸彈

核裂變的另一個缺點是放射性廢物。截至目前,美國有90,000噸有害廢物(相當於一個20米深的足球場)。儘管我們確實知道怎麼臨時存儲這些廢物,但我們還沒有長期的解決方案[SpentNucFuel1,StoreWaste]。

在本課程的「進階」版本中,我們會討論可以幫助解決這些問題的全新反應堆設計。

除了公眾對核電安全的看法外,一個不可否認的問題是,建造新的核電站很昂貴。事實上,在許多國家,包括美國,都認為建造新的反應堆並不符合經濟效益

結論

核能是一種接近零碳的可靠能源。

雖然在西方世界建造新的核電站變得不經濟,但關閉已經建造的反應堆只能消除可以取代煤的安全且幾乎無碳的替代品。此外,中國和印度等國家正在興建新的核電站-這對氣候有利[2019EnergyEmissions,OWIDEnergy1]!

當今的核電存在一個廢物問題,但這需要和替代選擇進行權衡:化石燃料造成二氧化氮排放。但是,核能造成的爆炸非常罕見,而且造成的死亡人數相對較少,事實上,核能是目前最安全的可用能源之一

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