核能那么高大上，居然还要通过烧水发电
如果我说1776年瓦特发明的蒸汽机，其工作原理跟人类目前最先进的核电站转换电能是一样的，人类目前掌握的最先进的能源利用方式还是“烧开水”，你是不是觉得有些荒谬？
最开始我也是觉得这个说法是标题党，哗众取宠，当我找了一下相关资料学习了一下之后，却发现这个说法有一定道理。你还别惊讶，核仅仅只是个热源，除了发热什么都不干。但核电厂跟我们熟知的火电厂，后半截的工作方式基本一致，但前半截——怎么烧开水科技含量就高了好几个级别。
我将我学到的知识跟大家分享一下，也顺便讲一下福岛核泄漏事故发生的始末，只是大概的讲述原理（专业知识要复杂深奥太多），我尽量讲的有趣一些~
发展到今天，核电站可以分为四代，第一代是早期的原型堆电站，属于试验及验证性质；第二代是1960-1990年期间建设的以实际运营为目的的大型商用核电站，目前世界上大多数核电站都属于第二代；第三代主要对安全系统进行了升级，采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统。第四代到底如何还没有定论，各国都有自己的策略及方向，我国主要方向是高温气冷堆（或者叫石墨气冷堆）。
第二代核电站
好了，是时候放出来一堆让人眼花缭乱的名词了，核电站可以分为：沸水堆、压水堆、轻水堆、重水堆、石墨气冷堆，这些都是热堆；还有钠冷快堆、铅冷快堆、气冷快堆，这些都是快堆。
是不是快要在风中凌乱了？没关系，跟着我来捋一捋，我们一次性了解清楚。
按照对核裂变产生的中子的处理方式，分为热堆与快堆；热堆是将中子慢下来，快堆是不减速中子，而是让其增殖。热堆是已经成熟了的、实现了的技术；快堆是尚未完全成熟的，需要改进的未来技术。
如果你要问我为啥不叫热堆与冷堆，或者快堆与慢堆，我只能说取名字这个事儿啥时候都是个难题，咱也不知道啊~
好了，我们本文先主要讲成熟的、主流的热堆。铀核分裂释放中子以及能量，热堆顾名思义，就是利用铀分裂释放的能量，将冷却液加热，这样就成功的将核能转换成了热能，然后再想办法将这部分热能转化出去。
乍一听是不是很简单，想立刻手搓一个核电站出来？那还远远不够，你还要掌握铀的浓缩技术（用于发电的铀丰度在3%-5%，武器级90%，自然界浓度仅为0.7%，所以核电站不会像原子弹一样爆炸，最严重的事故是核泄漏）、控制原子核分裂速度的设备、以及烧水设备（反应堆）等等
假设你已经搞定了铀的浓缩，那怎么控制原子核的分裂速度？首先铀235是会自发分裂的，还记得半衰期的概念么？没有外界干扰的情况下，铀235也会一个一个的进行分裂，当完成了铀的浓缩，密度升高之后，分裂产生的中子就有更高的概率撞上附近的原子核，促使它也完成分裂，这样一传十，十传百，连锁反应就停不下来喽。
什么？停不下来？那怎么降低核电站的发热功率？别担心，这个方法的原理也很简单，给你看一张图片。黑色的长条是铀燃料棒，铀燃料棒之间是控制棒，当控制棒完全降下时，铀燃料棒被间隔开，相互之间的中子对轰就被终止，只能依靠自身的分裂维持发热。所以可以通过控制棒的升降来控制里面核裂变的剧烈程度，进而控制发热功率。
你可能注意到了，当控制棒降到最低时，铀燃料棒仍然可以通过自身的原子核分裂发热，这个发热可是一周七天每天24小时不间断的，比996都拼命，一旦热量导不出来，温度就会急剧上升，很容易造成事故。美国三里岛核事故，从冷却系统故障到反应堆彻底失控，仅仅用了120秒，最后直接把堆芯熔化掉了，造成了核辐射的泄露。所以切记，冷却系统是重中之重，核心中的核心。再看到下图我国核电站的分布是不是就有恍然大明白的感觉。
现在你知道了如何控制核反应堆的反应速度，是时候展示一下最传统的沸水堆给你看一下了，也就是大名鼎鼎的切尔诺贝利核电站及福岛核电站采用的技术：
沸水堆
沸水堆的技术也很直接——真·烧开水。铀燃料棒不是热了么，那我直接把水灌进去，还能降低中子的速度，增加撞击原子核的概率，水沸腾了，就去推动汽轮机发电。
没错，就是拿直接跟核燃料接触，充满放射性的水去推动汽轮机，稍微有点故障，比如说哪里漏了个缝，那后果就挺严重的，所以玩这个的都是艺高人胆大，比如福岛核电站（当然，福岛核电站泄漏天灾与人祸因素占的更多，跟沸水堆技术关系倒是没那么大）。
沸水堆结构简单，成本更低，总有人喜欢玩心跳，但不包括我国，我国胆小，沸水堆从来不沾。我们主要使用的是压水堆技术。
话不多说，直接上图。其实原理也很简单，大家都知道气压越高，水的沸点越高，我使劲儿压，把压力提升到150个大气压以上，这个时候水的沸点在300度以上，用这个水去加热正常气压下的水，剩下的故事走向跟沸水堆一样，正常气压下的水沸腾气化，推动汽轮机发电。
压水堆
你看出来这个方案最大的好处了么？对的，受到核辐射的水压根没跟外界接触，不容易泄露，安全性大大提高，所以这个方案成为了主流。我们在建的十几座核电站都是压水堆。
沸水堆跟压水堆用的都是正常的水，也就是轻水，所以它们都是轻水堆。如果用的是氘化水（俗称重水），就叫重水堆。氘核比氢核重，所以中子减速效果更好，中子吸收也更少，对铀浓度的要求就低，甚至可以直接用天然铀作燃料，秦山三期核电站就是重水堆，引进的是加拿大的技术。不管是轻水堆还是重水堆，它们都使分裂出来的中子变慢，而科学家将慢下来的中子称为热中子，所以这两种堆都是热堆。
文章讲到这里，其实才讲了一半，还没有讲到我国的第四代核电技术使用的高温气冷堆，也没有讲到第四代核能系统的优选堆型——快堆。就像讲汽车的发展史，只是讲到了福特实现了流水线生产汽车，还没有讲到如何进化到奔驰宝马奥迪，更没有讲到从传统能源进化到新能源汽车。
我还想讲一下为什么说福岛核泄漏事故不仅仅是天灾，更是人祸。但这个事情的精彩程度，简直值得单独开一篇文章来细细说来。
这篇文章已经写了蛮长，估计你已经看的蛮累，先到这里，我们分另外一篇文章再来继续写核电的故事。
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