首先,這篇不是在講Minecraft工業模組的核電廠,麥塊廚請回。
核反應其實和化學反應很像,反應速率、關鍵步驟、濃度、溫度的觀念都能套用在核反應上。
核電廠的基本原理是:
利用核分裂反應放出的熱能,加熱水,製造高溫蒸氣推動發電機。
依照核反應控制方式和加熱方式的不同,可以把反應爐分成非常多種類。
先談談基本的核反應知識
核反應的重點在於【中子】,一個鈾235原子核吸收了中子之後,會引發分裂反應,變成兩個原子核並產生更多中子。
當然,並非所有原子核吸收了中子都會分裂。實際上要預測原子核融不容易分裂是很複雜的科學,但大致上遵守越重越容易分裂,中子比例越高越容易的原則。
會分裂的原子核又分為兩種:Fissile vs fissionable
和化學反應類似,中子的濃度和中子的溫度都會影響反應速率。
中子溫度是一個特殊的概念。普通物體的溫度,指的是分子運動的速度,中子溫度指的也是中子的速度。
土通物體的溫度
為什麼要濃縮鈾呢?
這是因為反應產生的中子會被其他物質吸收,導致中子數量不足,反應濃度下降,所以要提生另一種反應物來增加反應效率。
反應爐依照減速方式,可以分成3大類:
輕水反應爐
重水反應爐
石墨反應爐
不減速 aka 快中子反應爐
輕水反應爐
減速劑:LW
重水反應爐
減速劑:HW
冷卻劑:HW
重水反應爐的優點在於,重水可以降低中子速度,卻不會吸收中子,中子的使用效率很高。
因此能直接使用未濃縮的天然鈾,反應後的U235濃度低到只有0.13%。
能用品質差的燃料燒出一樣的能量效率,剩下沒燒完的殘渣也比較少。
雖然說提煉重水也是一個又貴又慢的過程,但是這部分的成本可以和提煉鈾的底消。
石墨反應爐
石墨反應爐的優點在於,石墨可以降低中子速度,卻不會吸收中子。
但是,石墨【會燃燒】,如果石墨核電廠出事,不能用水撲滅火災,福島已經夠慘了,但至少還能用灌水的方式搶救,石墨核電廠出事,灌水只會造成2次爆炸。
EYUP,這就是世界第一大核安事故,車諾比電廠採用的設計。
減速劑:石墨
冷卻劑:LW
減速劑:石墨
冷卻劑:氣體
不減速反應爐
燃料越燒越多,聽起來好像很不賴,但是要控制也更難,如果失去控制,可不是釜底抽薪就能解決的,畢竟燃料會自己生出來呀。
不減速,表示反應爐的溫度會很高,不能用水當冷卻劑,必須要用其他氣化溫度更高的物質,比方說液態鈉、液態鋁,