核科普第四辑核电站的那些事

　　转自 小核爱科普 小核拾光记
　　本期把目光放大到整个核电站，核电站是如何发电的？核电站有什么特点？住在核电站附近真的会受到核辐射的危害吗？干货较多，快来一起涨姿势！
　　核电站的开发和建设开始于20世纪50年代，如今已经步入第四代核电系统。顾名思义，  核电站就是利用核能生产电能的发电站  。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的＂燃烧＂产生热量，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。核电站之外，再通过高压电线就能把生产的电力传输到城市中利用啦。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于能量发生侧。 核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。
　　01.核电站结构与重要设备
　　▲核电站系统示意图
　　核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核的系统和设备，又称为 核岛 ；常规的系统和设备，又称为 常规岛 。还有一些 配套设施 来保护核电站安全和周围环境不受破环，核电站的整体结构和设备还是非常复杂的。以压水堆为例，下面我们简单介绍一些重要的设备 。
　　堆本体 ——最核心的能量发生装置。压水堆的本体结构如图 所示。简单说来，堆芯就是一组核燃料按照一定方式组装而成的部件。堆芯外围需要一些支撑结构来保持稳定性和定位各个组件。最外侧是一个坚固的压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，承受一回路的高压。反应堆不能无休止地工作，因此就要用到控制棒驱动机构带动控制棒在堆芯内上下运动，从而实现启停、功率调节等功能。
　　▲堆本体结构示意图
　　冷却剂系统 ，又称为一回路主系统，反应堆、主泵、蒸汽发生器核稳压器都属于冷却剂系统设备。最主要的功能是热量载出，就是在反应堆正常运行时将核反应的热量从堆芯带到蒸汽发生器。此外，它还可以在停堆后带走衰变热保护安全、防止放射性物质扩散、溶解化学毒物等。
　　▲反应堆冷却剂系统流程图[1]
　　一回路冷却剂泵(主泵) 是反应堆的＂心脏＂ ，是压水堆核电厂的关键设备之一，它一般采用单级离心泵。它的主要功能是在反应堆运行时让一回路冷却剂流动起来，把热量交给二回路去发电，然后把冷却剂重新送回反应堆加热。
　　稳压器 也是反应堆一回路关键部件之一。它的作用是在正常运行时维持和调节反应堆一回路内的压力，避免冷却剂过热沸腾；同时在事故时防止一回路超压，维护一回路的完整性。
　　蒸汽发生器 是一种把水加热成蒸汽，并把热量传递给二回路工质的热交换设备。同时可以作为压力边界，隔离一、二回路。可以说它是重要性仅次于核反应堆的能量转换装置。那么为什么不能使用一回路冷却剂直接驱动涡轮，而要经过蒸汽发生器换热、用二回路蒸汽驱动涡轮？因为一回路冷却剂直接接触核燃料，具有放射性，而涡轮轴封并不完全密闭，存在放射性泄露的风险。
　　▲立式自然循环蒸汽发生器
　　形象地来说，假如将反应堆的压力容器比作一个高压锅，冷却剂就是锅里的水，堆内的核燃料相当于加热高压锅的柴火，稳压器相当于是高压锅盖的小帽子，蒸汽发生器作用则是将高压锅内的热水转化为蒸汽。
　　02.核电站的特点
　　与传统的火力发电站相比，核电站具有十分明显的 优势 ：
　　✔不会排放巨量的污染物质到大气中；
　　✔无碳排放，不会加重地球温室效应；
　　✔核燃料的能量密度比起化石燃料高上几百万倍，一座1000万千瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料；
　　✔燃料费用所占总成本的比例较低，核能发电的成本不易受到国际经济形势的影响，故发电成本较为稳定[2]。
　　但核电站也存在一些明显的 缺点 ：
　　✖核电厂会产生放射性废料和乏燃料，必须慎重处理，严重事故时的放射性泄漏是危害巨大的；
　　✖核电厂热效率较低，释放的废热对环境的热污染较严重；
　　✖核电站的投资成本太大，电力公司的财务风险较高；
　　✖兴建核电站常易引发政治歧见的纷争
　　03.核电站的谣言与真相
　　有人认为核电站太危险、核废物会危害健康、住在核电站附近会受到核辐射的危害等。那么，人们对核电站的这些误解究竟是怎么回事呢？核电站的安全性真的不高吗？
　　谣言一：核电站的安全性不高？
　　真相： 由于缺乏对核能和核电站的了解，很多人只知道一旦核电站出现事故，核泄漏会带来巨大的危害。然而，与其他工业相比，核电站发生事故的概率却是最低的。核电站确实存在着发生事故和灾害的风险，但我国目前具备的核电技术可以在核事故发生时，将事故对群众的影响降到最低。
　　谣言二：放射性废物会危害健康？
　　真相： 核电站产生的具有放射性的废料，都会根据其化学性质、物理性质和放射性水平的不同，被送往后处理厂进行严格处理，后处理厂对核废料中的有用部分进行分离并回收利用，剩余不能被回收的废料则会经过固化处理后被深埋于地下，一段时间后，这些废料中的放射性物质就会衰变成对人体无害的物质。
　　谣言三：住在核电站旁会被辐射？
　　真相： 核辐射是在建设核电站过程中不可避免的一个问题，但其实，在日常生活中存在着很多辐射，例如消毒、保鲜、治疗疾病等过程中也存在辐射，辐射是否有害，抛开剂量谈毒性是危言耸听。据统计，生活在核电站周围的居民因核电站工作所带来的辐射每年平均为0.01毫西弗，而从北京到欧洲乘坐飞机往返一次所受辐射的剂量为0.02毫西弗，做一次胸透会受到0.3毫西弗的辐射，每天看两个小时电视则每年会受到0.01毫西弗的辐射，由此可见，我国的核电站在辐射方面是处于安全状态的，不会对人们的日常生活造成影响。 [3]
　　参考文献
　　[1] 臧希年. 核电厂系统及设备（第2版）[M]. 北京：清华大学出版社, 2010: 25.
　　[2] 张庆麟主编．新能源产业：上海科学技术文献出版社，2014.06
　　[3] 谣言:核电站的安全性不高. 科学辟谣
　　图文：王亚婷 刘展位 苏钰清 舒茗 范弘毅 谢箫阳
　　编辑：王亚婷
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