核力發電

核電站以核反應堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應堆中發生特殊形式的“燃燒”產生熱量，使核能轉變成熱能來加熱水產生蒸汽。利用蒸汽通過管路進入汽輪機，推動汽輪發電機發電，使機械能轉變成電能。一般説來，核電站的汽輪發電機及電器設備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在於核反應堆。

核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鏈式反應的裝置。

原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一箇中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2—3箇中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒燬。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發電。由此可知，核反應堆最基本的組成是裂變原子核+熱載體。但是隻有這兩項是不能工作的。因為，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機會；核反應堆要依人的意願決定工作狀態，這就要有控制設施；鈾及裂變產物都有強放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護措施。綜上所述，核反應堆的合理結構應該是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設施+防護裝置。

為了保護核電站工作人員和核電站周圍居民的健康，核電站必須始終堅持“質量第一，安全第一”的原則。核電站的設計、建造和運行均採用縱深防禦的原則，從設備、措施上提供多等級的重疊保護，以確保核電站對功率能有效控制，對燃料組件能充分冷卻，對放射性物質不發生泄漏。縱深防禦原則一般包括五層防線，第一層防線：精心設計、製造、施工，確保核電站有精良的硬件環境。建立周密的程序，嚴格的制度，對核電站工作人員有高水平的教育和培訓，人人注意和關心安全，有完備的軟件環境。第二層防線：加強運行管理和監督，及時正確處理異常情況，排除故障。第三層防線在嚴重異常情況下反應堆正常的控制和保護系統動作，防止設備故障和人為差錯造成事故。第四層防線：發生事故情況時，啓用核電站安全系統包括各外設安全系統加強事故中的電站管理，防止事故擴大保護反應堆廠房安全殼。第五層防線萬一發生極不可能發生的事故並伴有放射性外泄啓用廠內外應急響應計劃努力減輕事故對周圍居民和環境的影響。

安全保護系統均採用獨立設備和冗餘佈置， 均備有事故電源，安全系統可以抗地展和在蒸汽— 空氣及放射性物質的惡劣環境中運行。核電站運行人員須經嚴格的技術和管理培訓，通過國家核安全局主持的資格考試，獲得國家核安全局頒發的運行值崗操作員或高級操作員執照才能上崗，無照不得上崗。執照在規定期內有效， 過期後必須申請核發機關再次審查。

萬一發生了核外泄事故，應啓動應急計劃。應急計劃的內容主要包括：疏散人員，封閉核污染區（核反應堆及核電站），清除核污染，以保證人身安全和環境清潔。

按照縱深防禦的原則，在核燃料和環境外部空氣之間設置了四道屏障。即第一道屏障：燃料芯塊核然料放在氧化鈾陶瓷芯塊中，並使得大部分裂變產物和氣體產物95%以上保存在芯塊內。第二道屏障：燃料包殼，燃料芯塊密封在鉛合金製造的包殼中構成核燃料芯棒錯合金，具有足夠的強度且在高温下不與水發生反應。第三道屏障：壓力管道和容器冷卻劑系統將核燃料芯棒封閉在20cm以上的鋼質耐高壓系統中避免放射性物質泄漏到反應堆廠房內。第四道屏障：反應堆安全殼用預應力鋼筋混凝土構築壁厚近100cm，內表面加有6mm的鋼襯，可以抗禦來自內部或外界的飛出物，防止放射性物質進入環境。

核電站的選址要求非常高，選址需非常慎重。根據國際上通行的關於核電站選址有經濟、技術、安全、環境和社會四原則。

經濟原則核電站能夠有足夠的資金來建設和運行，所服務的地區要有足夠的用電需求，所以核電站常常選址經濟較發達的地區。

後面三個原則則有着密切的相互聯繫。核電站必須建在經濟發達地區的相對偏遠地區，50公里以內不能有大中型城市。要求廠址深部必須沒有斷裂帶通過，而且要求核電站數千米範圍內沒有活動斷裂，廠址100千米海域、50千米內陸，歷史上沒有發生過6級以上地震，廠址區600年來也沒有發生6級地震的構造背景。從核安全的角度來看，核電站選址必須考慮到公眾和環境免受放射性事故釋放所引起的過量輻射影響，同時要考慮到突發的自然事件或人為事件對核電廠的影響，所以，核電站必須選在人口密度低，易隔離的地區。

另外，核電站在運行過程中要產生巨大熱量，所以核電站的選址必須靠近水源，最好是靠海，這也是大型核電站都建在海邊的一個重要原因，並且靠海還可以解決大件設備運輸問題。萬一發生危險，在平的海岸線和放射物均勻發散的情況下，污染陸地面積只是完全在內陸的一半。但是建在海邊有利的同時也多出一個風險，就是海嘯或者颱風帶來大浪的可能。通常會建設防波堤來抵禦巨浪的衝擊。但是防波堤只能抵禦一定程度的衝擊，如果是比較大的海嘯的話，防波堤無能為力，很可能產生十分嚴重的後果。2011年3月11日日本9級大地震及海嘯導致核泄露就是一例。

從上述要求來看，內陸地區核電選址更要慎重，因為內陸地區的水源全部為淡水，並且幾乎所有的大江大河都直接向周邊城市供應生活用水，在這種情況下建設核電站，一旦發生泄漏事故，後果不堪設想。

核電站除了關鍵設備——核反應堆外，還有許多與之配合的重要設備。以壓水堆核電站為例，它們是主泵，穩壓器，蒸汽發生器，安全殼，汽輪發電機和危急冷卻系統等。它們在核電站中有各自的特殊功能。

如果把反應堆中的冷卻劑比做人體血液的話，那主泵則是心臟。它的功用是把冷卻劑送進堆內，然後流過蒸汽發生器，以保證裂變反應產生的熱量及時傳遞出來。

又稱壓力平衡器，是用來控制反應堆系統壓力變化的設備。在正常運行時，起保持壓力的作用；在發生事故時，提供超壓保護。穩壓器裏設有加熱器和噴淋系統，當反應堆裏壓力過高時，噴灑冷水降壓；當堆內壓力太低時，加熱器自動通電加熱使水蒸發以增加壓力。

它的作用是把通過反應堆的冷卻劑的熱量傳給二次迴路水，並使之變成蒸汽，再通入汽輪發電機的汽缸作功。

用來控制和限制放射性物質從反應堆擴散出去，以保護公眾免遭放射性物質的傷害。萬一發生罕見的反應堆一回路水外逸的失水事故時，安全殼是防止裂變產物釋放到周圍的最後一道屏障。安全殼一般是內襯鋼板的預應力混凝土厚壁容器。

核電站用的汽輪發電機在構造上與常規火電站用的大同小異，所不同的是由於蒸汽壓力和温度都較低，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規火電站的大。

為了應付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發生，近代核電站都設有危急冷卻系統。它是由安全注射系統和安全殼噴淋系統組成。一旦接到極端失水事故的信號後，安全注射系統向反應堆內注射高壓含硼水，噴淋系統向安全殼噴水和化學藥劑。便可緩解事故後果，限制事故蔓延。

注射系統：當核電站一回路系統的管道或設備發生破損事故後，安全注射系統用來向堆芯緊急注入高硼冷卻水，防止堆芯因失水而造成燒燬。

安全注射系統設有兩套安全注射管系。一套為安全注射箱管系，在安全注射箱內儲有一定容積的高硼水，並用氮氣充壓，使注射箱內維持恆定的壓力。當一回路系統一旦發生大破裂事故，其壓力低於安全注射箱的壓力時，安全注射箱內的硼水就通過止水閥自動注入一回路系統。另一套為安全注射泵管系，當一回路系統因發生破損事故而壓力下降至一定值時，安全注射泵就自動啓動，將換料水箱內的硼水注射至一回路系統，換料水箱內的硼水被汲完後，安全注射泵可改汲從一回路系統泄露至安全殼底部的地坑水，使硼水仍能連續不斷地注入一回路系統冷卻堆芯。

在電站失去外電源情況下，安全注射泵的電源可由應急柴油發電機組自動供電。

安全殼噴淋系統：在核電站發生失水事故或二回路主蒸汽管道破裂事故時，安全殼內充滿了帶放射性高壓蒸汽，安全殼噴淋系統將用來降低安全殼內壓力和温度，使放射性蒸汽凝結下來。

在安全殼的上部設有相當數量的噴淋頭，當安全殼內由於發生主管道破損事故而蒸汽壓力升高時，安全殼噴淋系統的泵就自動啓動，將換料水箱內的硼水和NaOH貯箱內供除碘用的NaOH溶液一起汲入，以一定的比例混合，再由噴淋頭噴入安全殼內。當換料水箱的水被用盡後，噴淋泵可改汲安全殼內的地坑水。此時，地坑水先由設備冷卻水冷卻後再重新噴淋至安全殼內。

在核電站斷電情況下，安全噴淋泵的電源也由應急柴油發電機組自動供電。