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核能發電的原理
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核能發電的原理

一、核能發電與火力發電非常相似,只是燃料不同

核能發電的原理和水力、火力發電廠有同樣的共通點,就是設法使渦輪機(turbine)轉動,以帶動發電機切割磁場,將機械能轉變為產生電能。其中主要的不同點在於推動渦輪機所用的動力來源。水力電廠以大量的急速流動水(例如由水壩或瀑布引出)直接推動渦輪機,而核能電廠與火力電廠則利用大量高溫、高壓之水蒸氣推動渦輪機,其中核能電廠是靠核分裂所釋放出的能量、火力電廠則是靠燃燒煤炭、石油或天然氣等化石燃料以產生蒸汽。

核能發電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產生的熱,將水加熱成高溫高壓,核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多(相差約百萬倍),比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發電所使用的的鈾235純度只約佔3%-4%,其餘皆為無法產生核分裂的鈾238。

舉例而言,核四廠每年要用掉80噸的核燃料,只要2支標準貨櫃就可以運載。如果換成燃煤,需要515萬噸,每天要用20噸的大卡車運705車才夠。如果使用天然氣,需要143萬噸,相當於每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來,剛好接近全台灣692萬戶的瓦斯用量。

二、核能發電與原子彈完全不同

核能發電與核子武器完全不同,主要差別在於:

1. 核能發電藉著控制棒來控制能量釋放的速率,使能量慢慢釋放出來;而原子彈要的就是不受任何控制的瞬間爆炸。打個比方,核能電廠就像比VOLOV更重視安全、有7重煞車[1]的高級房車能跟一輛沒有煞車橫衝直撞的貨櫃車相提並論嗎?

2. 核能發電用的是3-5%濃度的核燃料,與原子彈使用濃度90%的鈾235,後果當然不同!比方來說,淺酌一杯冰啤酒能消暑解渴,如果喝一杯濃度90%的藥用酒精,恐怕就得送醫急救了。

火力發電簡圖(燃燒化石燃料產生水蒸氣帶動渦輪機發電)

 

核能發電簡圖(與火力發電一樣,只是產生水蒸氣的方法不同)

備註
[1]核能發電的7重安全煞車,包括:低濃度核燃料、控制棒、先天安全的反應度設計、厚達30公分的反應器爐體、緊急硼液注入反應器、6套緊急爐心冷卻系統、厚達2公尺的圍阻體。

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