链式反应与核反应堆

核能发电内部结构核能发电是一种高效、环保的能源利用方式，其内部结构包括核反应堆、蒸汽发生器、循环泵和冷凝器、涡轮机和发电机、控制系统以及辅助系统等部分。

下面将分别介绍这些组成部分。

一、核反应堆核反应堆是核电站的核心部分，其主要作用是利用核裂变产生大量热能。

在反应堆内，核燃料通过链式反应产生能量，同时释放出中子和射线等放射性物质。

这些放射性物质可以进一步引发其他核材料的裂变反应，从而实现持续的能量输出。

反应堆中的控制棒可以调节反应速度，以控制整个核反应过程。

二、蒸汽发生器蒸汽发生器是核电站的重要设备之一，其作用是将反应堆产生的热能转化为蒸汽。

在蒸汽发生器中，一回路的高温高压水通过热交换器将热量传递给二回路的普通水，使普通水沸腾变成蒸汽。

这些蒸汽可以驱动涡轮机发电。

三、循环泵和冷凝器循环泵和冷凝器是核电站中的重要辅助设备。

循环泵的作用是推动一回路的水循环，确保热量能够均匀传递到蒸汽发生器中的热交换器。

冷凝器的作用是将蒸汽转化为水，以便循环使用。

在冷凝器中，蒸汽通过散热片降温凝结成水，同时释放出潜热。

四、涡轮机和发电机涡轮机是核电站中的重要设备之一，其作用是将蒸汽的热能转化为机械能。

涡轮机的工作原理是通过高速旋转的叶片将蒸汽的热能转化为机械能，从而驱动发电机发电。

发电机的作用是将机械能转化为电能，供用户使用。

五、控制系统控制系统是核电站中的重要组成部分，其作用是监测和控制核反应堆的运行状态，确保其安全、稳定地运行。

控制系统包括各种传感器、控制阀和计算机等设备，可以监测反应堆的温度、压力、水位等参数，并自动调整控制棒的位置和冷却水的流量等参数，以保持反应堆的稳定运行。

六、辅助系统辅助系统是核电站中的重要组成部分，包括给水系统、润滑油系统、废液处理系统等。

这些系统的作用是保障核电站的正常运行，确保其安全性和可靠性。

例如，给水系统的作用是为蒸汽发生器和涡轮机提供必要的水量；润滑油系统的作用是为各种机械设备提供润滑和冷却；废液处理系统的作用是对核电站运行过程中产生的废液进行处理和净化，确保其符合环保标准。

核反应堆的类型核电站中的反应堆设计具有多样性，也就是说，核反应堆具有不同类型，相应形成不同的核电站。

可以利用下列三个特点表征不同类型的反应堆。

第一，所用的核燃料可以是天然铀或浓缩铀、钮或钍；第二，使用不同类型的冷却剂，可以是水、二氧化碳、氮气或钠；第三，用于控制链式反应中释放的中子能量的慢化剂，可以是石墨、重水或轻水（即普通水）。

下面就是迄今国际上核电站常用的4种核反应堆型。

压水堆是以加压轻水作为慢化剂和冷却剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。

目前以压水堆为热源的核电站，在核电站机组数量和装机容量方面都处于领先地位。

沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的核反应堆。

沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。

它们都需使用低富集铀作燃料。

以沸水堆为热源的核电站在未来市场中仍将占有显著的地位。

重水堆是以重水作为慢化剂，轻水或重水作为冷却剂的核反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。

重水堆分压力容器式和压力管式两类。

重水堆核电站是发展较早的核电站，但已实现工业规模的只有加拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核电站。

快堆是由快中子引起链式裂变反应的核反应堆。

快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料的增殖。

专家预计，快堆未来的发展将会加快起来。

前景看好的快堆现在世界上所运行的绝大多数反应堆是热中子堆，或者说是非增殖堆型，利用的只是铀-235,而天然铀将近99.3%是难裂变的铀-238，所以这些堆型对铀资源的利用率只有1 %~2%。

但在快堆中，铀-238 原则上都能通过核反应转变成易裂变的钮-239而得以使用。

即使考虑到各种损耗，快堆总体上可将铀资源的利用率提高到60%~70%，也可使核废料产生量得到最大程度的降低，实现放射性废物最小化。

具体点说，在堆芯燃料钮-239的外围再生区里放置铀-238，通过钮-239产生的裂变反应时放出来的快中子，使铀-238吸收一个中子后，发生连续两次8衰变后，铀-238很快被转变成钮-239，同时产生了能量，如此核反应下去，能够源源不断地将铀-238转变成可用的燃料钮-239。

世界核电发展历程核电的发展历程可以追溯到20世纪40年代末和50年代初。

以下是核电的主要发展里程碑：1. 原子能的发现：1945年，美国科学家在第二次世界大战末期研制出了第一颗原子弹，并确认了核裂变的可行性。

2. 第一个核反应堆：1942年，美国芝加哥大学的物理学家研制出了第一台自持核反应堆——芝加哥式堆，成功实现了可持续的核链式反应。

3. 世界上第一个商业核电站：1954年，苏联启用了世界上第一个商业核电站——奥布涅斯克核电站，该站采用了堆芯和石墨层间的气冷式堆，标志着商业化核电的起步。

4. 美国的核电发展：1957年，美国启用了第一座商业化核电站——厄巴纳核电站，使用了堆芯和可水冷的加速器驱动反应堆。

此后，美国快速推进了核电技术的研发和建设，成为世界领先的核电大国。

5. 瓦克希拉核电站事故：1979年，美国宾夕法尼亚州的瓦克希拉核电站发生了一起严重事故，造成了一些放射性物质的泄漏。

这次事故严重打击了核电行业的发展，导致一些国家暂停了核电项目。

6. 三个里程碑：1986年，苏联乌克兰的切尔诺贝利核电站发生核反应堆爆炸事故，这是历史上最严重的核电事故之一。

同年，法国开始运营世界上首个商业化的高温气冷堆——法里萨核电站；加拿大也启用了第一台压水堆核反应堆。

7. 福岛核电站事故：2011年，日本福岛核电站发生核泄漏事故，由于地震和海啸的影响，导致多个核反应堆发生熔毁。

这次事故再次引发了对核能安全问题的关注。

8. 当前的发展：尽管核电行业面临着安全和环境等诸多挑战，但仍有一些国家在继续推进核电项目。

例如，中国成为了世界上核电装机容量最大的国家，其他一些国家如印度和俄罗斯也在积极推动核电的发展。

总体而言，核电的发展历程经历了起步、快速发展、事故影响和重整等阶段。

随着对可再生能源的需求不断增加和对核能安全的担忧加剧，未来核电行业将继续面临许多挑战和机遇。

核反应堆功率调节的原理
核反应堆功率调节的原理主要是通过调节反应堆中的反应物浓度、控制棒的位置以及冷却剂的流速来实现。

首先，调节反应堆中的反应物浓度可以改变反应堆中的核链式反应速率。

增加反应物浓度可以增加核链式反应速率，从而提高反应堆的功率；减少反应物浓度则可以降低核链式反应速率，从而降低反应堆的功率。

其次，控制棒的位置调节可以控制中子的释放和吸收情况。

将控制棒插入反应堆中可以吸收中子，减少中子的数量，从而降低反应堆的功率；将控制棒抽出反应堆可以释放更多的中子，增加中子的数量，从而提高反应堆的功率。

最后，调节冷却剂的流速可以调节反应堆中的温度。

增大冷却剂的流速可以提高反应堆的冷却效果，从而降低反应堆的功率；减小冷却剂的流速则会降低反应堆的冷却效果，从而提高反应堆的功率。

综上所述，通过调节反应物浓度、控制棒的位置以及冷却剂的流速，可以实现核反应堆功率的调节。

核潜艇核反应堆工作原理
核潜艇的的核反应堆是核动力系统的关键部分，它使用核裂变反应产生大量的热能，并将其转化为电能，以供潜艇的一切需要使用的设备。

核潜艇的核反应堆通常采用铀或钚等可裂变的重核素作为燃料。

通过核反应堆的控制棒调节反应堆的裂变速率，以维持反应堆处于临界状态。

当核反应堆处于临界状态时，裂变链式反应会持续进行，产生大量的中子和热能。

这些中子会与燃料中的核裂变物质相互作用，导致原子核的裂变，释放出更多的中子和大量的热能。

这些热能会被反应堆中的冷却剂（如水、钠液）吸收，并使其温度升高。

通过核反应堆的换热系统，冷却剂将热能传递给锅炉或蒸汽发生器中的水。

水在高温和高压下被加热并转化为蒸汽，蒸汽进一步驱动涡轮机转动，驱动发电机产生电能。

除了发电，核反应堆还提供热量给潜艇的其他系统，如推进系统和生活支持系统。

推进系统利用这些热能产生蒸汽或者推进剂，驱动潜艇前行。

生活支持系统也借助这些热能提供船员所需的热水和空调等。

值得注意的是，核潜艇的反应堆是闭环系统，核燃料在核反应过程中产生的废热和放射性废料都需在反应堆中得到控制和处理，以确保潜艇运作的安全性和环境友好性。

核反应堆在核电站的作用核反应堆是核电站的核心设备，它以核裂变或核聚变反应为能源来源，通过产生的热能转化为电能，供给人们生产和生活所需。

核反应堆在核电站中起到了至关重要的作用，下面将从发电原理、发电过程和安全措施三个方面进行论述。

一、发电原理核反应堆的作用是产生高温和高压的核裂变或核聚变反应，进而通过热力转换将热能转化为电能。

核裂变反应是指将重核（如铀、钚等）吸收中子，分裂成两个或更多的轻核碎片，释放出大量的热能。

而核聚变反应是指将轻核（如氢、氦等）在高温和高压条件下发生融合，释放出更大的能量。

核反应堆中的燃料元素（如乌兰），通常以克制链式反应的方式运行。

燃料在反应堆内部的核燃料棒中进行裂变或聚变反应，产生的高能中子引发附近燃料棒中的更多裂变或聚变反应，从而形成连锁反应。

这种连锁反应的过程中，会释放大量的热能。

二、发电过程核反应堆内的热能通过燃料棒的冷却剂传递给发电厂，在核电站中，普遍采用轻水堆作为核反应堆的冷却剂。

轻水既可以作为冷却剂，也可以作为中子减速剂。

冷却剂通过对核反应堆内的燃料元素进行冷却，吸收热能，形成高温的蒸汽。

这些蒸汽通过管道输送到汽轮机组，使得汽轮机转动。

汽轮机的旋转被传递到发电机上，通过磁场与导电线圈的相互作用，将机械能转化为电能。

核反应堆在这个过程中产生的高温蒸汽在经过汽轮机后会冷却为水，然后再次回到核反应堆进行循环。

这种闭合循环的系统可以持续将核反应堆产生的热能转化为电能。

三、安全措施核电站是一项高风险的能源生产方式，因此必须采取一系列安全措施来确保核反应堆的正常运行和人员的安全。

安全措施可以从以下几个方面进行论述。

首先，核反应堆的设计本身应该注重安全性。

包括设计合理的反应堆结构、合适的燃料元素、有效的控制系统等。

核反应堆应具备足够的操控能力和稳定性，以保持核链式反应的安全运行。

其次，核电站应建立完善的安全管理体系。

包括核电站的运维人员必须经过严格的培训和认证，具备专业知识和操作技能。

19.6 核裂变学习目标1．知道什么是裂变。

2．了解铀核的裂变特点。

3．知道重核裂变能放出能量，知道链式反应。

4．了解核电站的工作原理。

重点：1．重核裂变反应的核能计算。

2．核反应堆的工作原理。

难点：链式反应及核电站。

知识点一、核裂变（fission）1．概念：重核分裂成中等质量的核，释放出核能的反应，称为裂变。

2．特点：只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。

不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。

只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。

3．核反应类型：重核的裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发的产生。

【题1】关于重核的裂变，以下说法正确的是A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能192 0 56 36 0 【答案】D【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应， 是核能转化为其他形式能的过程。

其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量，链式反应是有条件的， 即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生。

在裂变反应中核子数是不会减小的，如 235U 裂变为 90Sr 和 136Xe 的核反应，其核反应方程为 235U ＋1n―→90Sr ＋136Xe ＋101n ， 92 38 5492 0 38 54 0其中各粒子质量分别为 m U ＝235.043 9u ，m n ＝1.008 67u ，m Sr ＝89.907 7u ，m Xe ＝135.907 2u ，质量亏损为Δm ＝（m U ＋m n ）－（m Sr ＋m Xe ＋10m n ）＝0.151 0u可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项 A 、B 、C 均错。

初三物理开发新能源试题1.人类有效地获得大量核能，是用中子轰击铀核引起裂变开始的，当一个铀核裂变释放能量的同时，还释放出两到三个中子．如果这些中子再引起其他铀核裂变就可以使裂变反应不断进行下去，这种反应叫做．要使核能长期释放，必须控制这种反应的速度，就是一种能控制这种反应速度的装置，利用该装置工作时，释放的能量使水蒸气推动汽轮机发电，这就是核电站．【答案】链式反应；核反应堆【解析】核裂变是指比较大的原子核在中子的轰击下变成变成两个中等大小原子核的过程，也叫链式反应．核电站和平利用核能的设备叫核反应堆，能使使链式反应可以在人工的控制下缓慢进行．故答案为：链式反应；核反应堆．思路分析：当铀原子核在裂变时，产生大量的热，并且同时放出2-3个中子，产生的中子继续轰击分裂后的铀核，如此下去，越来越多的铀核同时裂变，将产生越来越剧烈的反应，我们把反应叫做链式反应．核电站是利用原子核的裂变的链式反应产生的能量发电，它的核心是反应堆．试题点评：本题考查了核裂变的概念和它的应用．核电站和原子弹都利用了核裂变的原理．2.关于核能,下列说法正确的是（）A．物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能B．到目前为止，人类获得核能有两种途径即重核裂变和轻核聚变C．原子弹和氢弹都是利用核裂变和聚变的原理制成的D．自然界只有在人为的条件下才会发生裂变【答案】B【解析】A、核能是人们在近几十年里发现和利用的新能源虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量只有当原子核发生改变--裂变和聚变时才伴随巨大的能量变化，故A不正确．B、到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变．故B正确．C、原子弹是利用核裂变原理，氢弹是核聚变．故C不正确．D、人只是控制了核反应速度，不是只有人为的条件下才能发生核裂变．故D不正确．故选B思路分析：核能是人们在近几十年里发现和利用的新能源，虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量，只有当原子核发生改变--裂变和聚变时才伴随巨大的能量变化．原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的；而氢弹则是利用轻核的聚变制成的自然界除了人为的聚变反应外，太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应，并以光和热的形式将核能辐射出来试题点评：本题主要考查学生对：核能的理解和掌握．是中招的热点．3.下列几种发电所用的能源不是来自太阳能的是( )A．风力发电B．火力发电C．水力发电D．原子能发电【答案】D【解析】除了地热能、潮汐能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能．故选D思路分析：要解答本题需掌握：地球上很多能源都是间接来自太阳能，试题点评：除了地热能、潮汐能、核能以外，所有能源都来源于太阳能，因此可以说太阳是人类的“能源之母”，没有太阳能，就不会有人类的一切．4.下列有关能量转化的实例中，说法不正确的是 ( )A．汽油机在做功冲程中，机械能转化为内能B．不计空气阻力和摩擦，滚摆在上升的过程中，动能转化为重力势能C．干电池、蓄电池对外供电时，化学能转化为电能D．植物吸收太阳光进行光合作用时，光能转化为化学能【答案】A【解析】A、汽油机在做功冲程中，内能转化为机械能，符合题意；B、滚摆在上升的过程中，不计空气阻力和摩擦，机械能守恒，动能转化为重力势能，不符合题意；C、干电池、蓄电池对外供电时，将化学能转化为电能，不符合题意；D、植物吸收太阳光进行光合作用时，将光能转化为化学能贮存在体内，不符合题意．故选A．思路分析：判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，因为总是消耗的能量转化为得到的能量．试题点评：本题通过四个实例考查了能量的转化，在做这类题时，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量．能量转化的过程都是有规律可循的，在平常的学习中要注意总结归纳．5.图为核电站发电流程图．在核电站的发电过程中，从核能到电能，图中所示的能量转化顺序正确的是（）A．核能，化学能，机械能，电能B．核能，内能，机械能，电能C．核能，机械能，内能，电能D．核能，内能，化学能，电能【答案】B【解析】核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能；故选B．思路分析：核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来加热水，用产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机发电的．试题点评：解决此类问题只需要了解核能发电的过程及能量转化过程即可．6.如图所示是利用太阳能的三种方式的示意图.请在空白方框内填上相关的物理名称.【答案】热能，光电转化【解析】太阳能热水器可以通过光热转换把太阳能转化为热能；太阳能可以通过太阳能电池把太阳能转化为电能；故答案为：热能，光电转化．思路分析：解决此题的关键是知道太阳能可以转化为热能、电能和化学能等多种形式的能量．试题点评：解决此类题目要结合太阳能的转换进行分析求解．7.直接利用太阳能有两种途径和 .【答案】太阳能转化为内能；太阳能转化为电能【解析】目前人们直接利用太阳能的方式有两种：其一是把太阳能转化为内能，其二是把太阳能转化为电能．故答案为：太阳能转化为内能；太阳能转化为电能思路分析：人类对太阳能的利用主要是太阳能转化为内能和电能．试题点评：太阳能是一种清洁、无污染、可再生能源，在现代生活、技术中有着广泛的应用．8.随着社会的发展，太阳能越来越被广泛的利用。

核电站的工作原理及工作流程核电站是一种利用核能来产生电能的设施，它包括核反应堆、蒸汽轮机、发电机等部件。

核电站的工作原理是通过核裂变或核聚变产生热能，进而转化为电能。

下面将详细介绍核电站的工作原理及工作流程。

一、核电站的工作原理1.核裂变：核电站大多利用核裂变产生能量。

在核反应堆中，通过控制核裂变链式反应可以释放巨大的能量。

核裂变为释放能量的过程，同时产生大量的热能。

2.蒸汽轮机：核裂变产生的热能被用来加热水，生成高温高压的蒸汽。

这些蒸汽会驱动连接的蒸汽轮机转动，从而驱动发电机产生电能。

3.发电机：蒸汽轮机转动驱动发电机产生电能。

这种转化过程利用了热能转化为机械能，最终转化为电能。

二、核电站的工作流程1.核反应堆运行：核反应堆中的燃料元件受到控制保持稳定的链式反应。

控制棒可以调节裂变反应的速度，确保不超过承受范围。

2.热能生成：核裂变释放的能量会加热反应堆中的冷却剂（一般是水），使其变成高温高压的蒸汽。

3.蒸汽驱动轮机：高温高压的蒸汽会通过管道输送到连接的蒸汽轮机中，驱动蒸汽轮机转动。

4.发电产生：蒸汽轮机转动驱动发电机，发电机将机械能转化为电能，通过变压器变换后输入电网供应给用户。

5.冷却循环：循环冷却水会冷却已经加热过的蒸汽，重新回到反应堆中继续循环。

这个过程是为了保持反应堆的工作正常。

综上所述，核电站的工作原理是通过核裂变释放热能，驱动蒸汽轮机产生机械能，最终转化为电能输出。

工作流程包括核反应堆运行、热能生成、蒸汽轮机转动、发电产生和冷却循环等环节。

核电站作为一种清洁能源也拥有广阔的应用前景。