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上一期，我们一起学习了核聚变及其未来。我提到了核能的工作原理，所以在这一期中，我们将了解更多关于核能是如何工作的。
事不宜迟，我们先来系统的看一下:如何将核能转化为可用的能源？
在发电站，涡轮机通过电磁感应旋转转子来发电。
在核电站中，核裂变反应释放的能量被用来驱动这些涡轮机。
核电厂部件:
反应器和发电机不同部分的功能总结如下:
铀燃料棒:原子核在受控链式反应中被中子分裂，释放出大量能量。释放的能量加热流经反应堆堆芯的冷气体。
硼控制棒:硼控制棒吸收中子。当燃料棒下降到反应堆堆芯吸收一些中子时，裂变反应的速率就会降低。
石墨:用作减速剂来减缓裂变产生的快速中子。较慢的中子更容易被铀原子核俘获。
混凝土屏蔽:防止反应堆堆芯辐射泄漏。
和线圈磁铁:磁铁由涡轮带动旋转。电是由电磁感应产生的。
核反应堆:裂变燃料的受控核裂变，如核反应堆。
热交换器:非常热的气体产生的热能用来将水燃烧成蒸汽。与反应器热交换器相连。在这里，反应堆中产生的热量通过螺旋管循环冷却剂传递给水。水被转化成蒸汽。冷却剂被抽回反应堆。
汽轮机:汽轮机靠蒸汽流在高压下旋转。热交换器中产生的蒸汽用于运行汽轮机。废蒸汽作为热水被送回热交换器。
发电机:汽轮机的轴与发电机相连。产生的电被送去传输。
好了，就这样。让我们深入研究一下重要的部分:
什么是原子能？
我们可以想象一个高层建筑储存能量势能。你必须试着把砖块和其他建筑材料从地上抬到正确的位置。只要它们停留在你正确放置它们的地方，它们就可以无限期地储存能量。但是一个不稳固的建筑迟早会倒塌。当它坍塌时，用于建造它的材料将落回地面，释放出储存的热量、声音和动能。
原子(物质的成分)就是这样。有些大原子很稳定，它们很乐意留下来，因为它们几乎永远存在。但其他原子以不稳定的形式存在，这被称为放射性同位素。它们相当于摇摇欲坠的不稳定建筑的原子等价物:迟早，它们肯定会倒塌，裂成碎片，并在途中释放能量。当一个大原子分裂成一个或多个小原子，在这个过程中释放出其他粒子和能量，我们称之为核裂变。这是因为原子(原子核)的中心部分是分裂的部分，裂变是分裂的另一种说法。核裂变可以自发发生，在这种情况下我们称之为放射性衰变(不稳定的放射性同位素转化为不具有放射性的稳定原子)。也可以按需完成，这就是我们从核电站的原子中获取能量的方式。这种裂变叫做核反应。
那么一个原子能产生多少能量呢？数量惊人！
我们先来看这个等式e = MC。
e是能量，M是质量，C是光速。爱因斯坦的方程式表明，你可以将微小的质量转化为巨大的能量。为什么这么说？数学上，C是一个非常巨大的数字(300000000)，所以C更大:9000000000000。这是你从一千克的质量得到的焦耳数(能量的标准度量)。理论上，如果你能将约70亿个氢原子完全转化为能量，你将获得约1焦耳(相当于10瓦灯泡在十分之一秒内消耗的能量)。然而，这些只是粗略的估计。我们真正需要注意的是:既然一个很小的物质里有几十亿个原子，那么一个很小的物质应该有可能产生很大的能量。这是核能背后的基本理念。
实际上，核电站不是通过完全消除原子来工作的；相反，他们将非常大的原子分裂成更小、结合更紧密、更稳定的原子。在这个过程中释放出我们可以利用的能量。根据能量守恒定律的基本物理规则，核裂变反应中释放的能量等于原原子的总质量(以及将它结合在一起的所有能量)减去它分裂成的原子的总质量(以及将它们结合在一起的所有能量)。
什么是连锁反应？
如果我们把许多原子一个一个分开会怎么样？理论上，它们可以释放大量能量。如果分解数十亿个原子听起来像是一个大工程(就像分解数十亿个鸡蛋来做一个煎蛋)，那么有一种更方便的东西可以帮助我们:一些放射性同位素将在所谓的链式反应中继续自动分裂，产生我们想用多久就用多久的能量。
假设我们拿一个很重的原子，一个稳定的铀，叫做铀235。它的每个原子都有一个由92个质子和143个中子组成的原子核。向铀235发射一个中子，你会把它变成铀236:同一原子(铀的放射性同位素)的不稳定版本，有92个质子和144个中子(记住，现在我们已经在反应堆中发射了一个)。铀-236太不稳定，不能长时间停留，所以分裂成两个更小的原子，钡和氪，释放出相当大的能量，同时放出三个备用中子。
现在，最重要的是，多余的中子可以撞击其他铀-235原子，导致它们分裂。当这些原子分裂时，也会产生额外的中子。因此，单个铀235原子的裂变迅速转变为连锁反应——一场失控的“核雪崩”，以热的形式释放出大量能量。
接下来很多人最关心的问题:核电站和核弹有什么区别？
在核弹中，连锁反应是不受控制的，这就是为什么核武器具有如此可怕的破坏力。整个链式反应在几分之一秒内发生，一个分裂的原子产生两个、四个、八个、十六个等等，眨眼之间释放出大量能量。在核电站中，链式反应被控制得非常小心，所以它们以相对较慢的速度进行，只够维持自身并非常稳定地释放能量很多年或几十年。核电站不存在失控连锁反应。
核电站是如何工作的？
我们已经知道如何从原子中获得能量，但我们获得的能量并没有那么有用:它只是一个巨大的热量！我们怎样才能把它变成更有用的东西，即电？核电站的工作原理其实和传统的发电厂很像，只不过是从原子中产生热能，而不是燃烧煤炭、石油、天然气或其他燃料。它产生的热量被用来烧水制造蒸汽，从而驱动一个或多个连接到发电机的巨型蒸汽涡轮机，发电机产生我们使用的电力。
最后，我们再来看一下流程:
首先，铀燃料被装入反应堆——一个巨大的混凝土圆顶，被加固以防止爆炸。在反应堆的中心(核心)，原子分裂并释放热能，在精心控制的核反应中产生中子并分裂其他原子。
由镉和硼等材料制成的控制棒可以上升或下降到反应堆中，以吸收中子，减缓或加速链式反应。
将水泵入反应堆，收集链式反应产生的热能。它连续地围绕一个连接反应器和热交换器的闭合回路流动。
在热交换器内部，来自反应堆的水将其能量释放给在另一个闭合回路中流动的冷却水，并转化为蒸汽。使用两个不相连的水回路和热交换器有助于将放射性污染水安全地储存在一个地方，并远离核电站中的大多数设备。
来自热交换器的蒸汽通过管道输送到汽轮机。当蒸汽吹过涡轮机的叶片时，它们高速旋转。
旋转的涡轮与发电机相连，因此发电机也旋转。
发电机产生的电能流向电网和我们的家庭、商店、办公室和工厂。
核电站能像核弹一样爆炸吗？
我见过很多人在不了解事情原委的情况下大声反对核能。他们认为核电站就像巨大的核弹，就等着爆炸毁灭文明。太可笑了。虽然核电站和核弹都是基于原子分裂的核反应，但两者的相似性才是让这些人大呼过瘾的地方。
首先，不同等级的铀被用于发电厂和核弹(有些核弹使用钚，但那是另一个故事)。 *** 需要极纯(浓缩)的铀-235，铀-235是通过去除天然铀(尤其是铀的另一种同位素铀-238)中的污染物制成的。除非污染物被清除，否则会阻止核连锁反应的发生。发电厂可以使用纯度更低、更常见的铀，只要加入另一种叫做慢化剂的物质。慢化剂通常由碳或水制成，可以有效地“转化”纯度较低的铀，从而引起连锁反应。(这里不想赘述。它通过减慢中子的速度来工作，这样它们就不太容易被铀-238杂质吸收，并有更大的机会在非常重要的铀-235中引起裂变。我们真正需要知道的是，在相对不纯的铀中，慢化剂使得连锁反应成为可能。
核电站的发电量将达到2-3GW，相当于大型燃煤电厂或1000-1500台大型风力发电机的发电量。
核电厂产生的碳排放量比化石燃料(煤、石油和天然气)电厂低得多。
通过压碎原子来释放能量比通过“燃烧”(通过一种我们称之为燃烧的化学反应来释放能量)要有效得多。这就是核电站需要少量燃料的原因(与化石燃料发电厂相比)。
核电站有助于减少一个国家对中东等不稳定地区进口石油的依赖。核能是一个有吸引力的选择。
好了，本期就到这里。我是个流氓。如果你对我的科普感兴趣，请给我留言。#科技# #核能# #科学# #我来科学# #生活#
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以前的文章:
核聚变能源时代可能越来越近了(核聚变简史)
其实每个人都能知道量子计算(个人对量子计算的理解)。
这三个科技行业将拯救创业的“流浪者”
你懂半导体，但你知道它的工作原理吗？
作者:痞子，90后工科男，有过三次创业经历，目前从事高科技。科普一下，分享一下个人辛苦，一起学一点~
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