核电站工作原理及发展前景展望

马敬清

[摘    要]基于经济建设发展的现状以及国际局势的变化，能源成为未来各个国家经济建设能否持续发展的关键因素。文章通过文献研究法以及措施分析法等方式，对能够缓解目前能源使用短缺现象的核能发电站进行了工作原理的阐述，并尝试对其未来的发展前景进行展望，以期能够推动核能的进一步运用。

[关键词]核电站;工作原理;发展前景

[中图分类号]TM623 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–0–02

[Abstract]Based on the status quo of economic construction and development and the changes in the international situation， energy has become a key factor in the sustainability of the economic construction of various countries in the future. In this paper， through literature research methods and measures analysis methods， the working principle of nuclear power plants that can alleviate the current shortage of energy use is explained， and an attempt is made to look forward to its future development prospects in order to promote the further use of nuclear energy.

[Keywords]nuclear power plant; working principle; development prospect

核能是推动社会发展和人类建设的关键性能源，但是核能在使用过程中很容易触发安全问题，也很容易导致周围环境出现较为严重的污染，因此在进行核能使用的过程中，保障其安全性能，降低其对周遭环境的负面影响，成为了现阶段核电站工作人员在日常研究的重心。

1 核电站工作的基本原理分析

要对核电站的发展前景进行深入的研究与讨论，首先就要对相关核电站的运行基本原理进行一个充分的探究。在普通的火力发电站发电过程中，需要通过燃烧化石燃料来进行能量的获取，化石燃料在燃烧的过程中所产生的能量被称作化学能，这种化学能能够使得物体运动的位置发生变化，对人们的生产与生活有极大的影响。这种化学能究其根本，是由原子的结合与分离而产生的一种能量，与原子核并无多大的关联。众所周知，原子由两部分组成，一是原子核，二是电子。如果想办法使得原子核内的中子和质子出现聚合或裂变等现象，那么其相互之间的吸引力就会在一瞬间释放出来，转换成巨大的能量，这种能量被称为核能。核能的最早发现者是德国的一名科学家，他在1938年的时候通过对铀原子的试验观察，发现原子核可以通过裂变产生巨大的能量，虽然当时试验所迸发出的能量极其不稳定，但这种能量无疑是巨大的，相比较使用火力发电方式所创造出的化学能要强出许多倍。如果能够通过可控的方式来进行原子核的裂变反应，那么就能够迸发出巨大的能量。为此有关科学家从火力发电的原理中汲取经验，在火力发电的过程中需要使用化石燃料燃烧，并使用水蒸汽来进行发电。类似的，在进行核电站发电的过程中，技术人员可以尝试通过持续的核燃料裂变反应，产生巨大的能量，这种能量可以推动蒸汽汽轮发电机进行发电。因此相比较火力发电而言，使用核能来进行发电，工作原理是相类似的，这便是核电站的基本工作原理。

2 核裂变反应的主要类型分析

实际上核裂变的类型和结构有很多种，不同类型的核裂变反应堆能够产生不同的效果，有关研究人员根据不同核裂变的反应特征，进行了不同类型核电站的建设，以期能够使其在人们的日常生产生活中发挥更为巨大的作用。

2.1 轻水堆核电站

轻水堆核电站是目前运用最为广泛最为常见的核电站。这种类型的核电站在日常的运行过程中需要使用普通水来进行冷却，按照详细的结构又可分为两类。

其中一类被称作压水堆核电站，这类核电站需要通过主循环泵进行水的送入，在反应堆吸热后，将其送入到蒸汽发生器下，进行热量传递，在热量传递完成后，再进入到主循环泵中。这是一个循环往复的过程。在一次循环后进入到二回路内的水将变成蒸汽进入到发电机的汽轮当中，进行发电机的发电，这两个回路是相互隔绝的，因此不会出现任何水质被污染的现象，这是目前使用最为广泛的核电站种类，在我国这类核电站一共有9台。

除了压水堆核电站外，另一类是沸水堆核电站，也是较为常见的一种核电站，它与压水堆有较为明显的不同，并不存在第2回路，水可以直接在反应堆内沸腾后转化成蒸汽，进入到发电机的汽轮内帮助发电机进行发电。这种发电方式更为快速直接，但是很可能会让放射性物质进入到汽轮机内部，因此存在一定的危险性。

2.2 重水堆核电站

重水堆核电站所用的水是氧化单氘，相比较轻水堆核电站而言，重水堆核电站用作冷却剂的物质是重水。在系统结构方面与压水堆核电站有一定的相似之处，但相比较轻水堆核电站而言，重水堆核电站有较为良好的慢化性能，因此较为适合在天然铀资源丰富的区域内进行使用。我国在天然铀资源丰富的区域内也会考虑使用重水堆核电站来进行发电。

2.3 气冷堆核电站

无论是重水堆核电站还是轻水堆核电站，都是以水体资源为冷却剂和慢化剂来进行相应的核能发电。但气冷堆核电站则不同，气冷堆核电站是以气体为冷却剂来进行相应的核能发电，但气体的慢化作用并不优秀，因此有些技术研究人员尝试添加使用耐高温的石墨作为气冷堆核电站的慢化剂来进行相应漫化功能的承担。具体而言，在反应过程中，氣体将会进入到反应堆进行加热，并在加热后进入到蒸发器中变成蒸汽来帮助发电机进行发电。相比较轻水堆核电站和重水堆核电站而言，气冷堆核电站也有自身一定的优势，它的发电效率较高，并且能够耐高温，因此有些区域也会考虑使用这种方式来进行核能发电。

2.4 快中子增殖堆核电站

在前几种核电站的核能发电进程推进时，都需要依靠慢化气来进行核裂变速率的控制，但这样的发电方式并不能充分地利用核燃料，会导致核燃料资源大量的浪费，为了能够使得核燃料资源得到进一步的使用，有关技术研究人员尝试进行快中子增殖堆的研究。所谓快中子，指的是并没有经过慢化剂慢化的中子，相比较慢化中子而言，快中子蕴藏着巨大的能量。因此在进行快中子使用的过程中，除了能够维持它原本能够产生的自持链式反应之外，还有多余的中子可以进行再生材料的进一步运用与转换，因此相比较使用慢化中子来进行相应反应推进的方式而言，快中子增殖堆在核燃料的使用率上达到了前所未有的高度，因此这种类型的核电站。是未来核能运用的方向，有关技术研究人员应当对此引起足够的重视。

3 国外核电站发生与发展的历程分析

国外有关核能源的运用已经经历了较为漫长的时间，可以大致被分为如下几个阶段。20世纪50年代到60年代，在这一时间节点上，国外的有关研究者只是开始尝试进行核电站的试验与使用，并未形成较为科学合理的核电使用方式和使用系统。第1个投入使用的核电站在苏联，当时所建立的核电站在运用安全性能和资源利用方面均不理想，但已经打开了能源转换运用的局面。而到了20世纪的70年代到80年代，核电站则进入了快速发展腾飞的阶段，世界上的核电站建设总量快速增加，且相应发电机组的容量也产生了突飞猛进的突破。但在这一过程中核电站发生事故也此起彼伏，美国，苏联均发生过较为大型的核电站事故，正因如此有关核电站的使用安全性逐渐为科学家们所重视，许多技术研究者尝试通过提升核电站的建设成本和建设周期的方式来进行核电站使用安全性能的进一步保障。在20世纪80年代后期，由于世界经济发展速率的影响，全球的核电站建设与创新逐渐步入了平稳阶段，但随着不可再生能源的大量使用，导致能源枯竭现象愈发明显，较为严重的环境问题不断显现，人类的生存压力日益加大。在这种情况下，各国又开始重视起核电资源的使用，希望能够通过核能的合理运用来缓解不可再生资源使用的压力。因此到了20世纪后期，各个国家都开始重视起核电站的发展与建设，希望能够通过核电的运用来进行环境问题的解决。

但需要注意的是，目前各国所建设的核电站均是以核裂变反应堆为基础来进行有关机组运行的，以核裂变反应堆来迸发出的巨大能量，的确可以进行发电机的发电，但这种核裂变方式所迸发的能量并不稳定安全，且需要耗费大量的资金才能够确保其正常使用。相比较核裂变反应堆而言，以核聚变反应堆为主来进行的核能发电更为稳定安全，更符合现阶段人民群众的能源使用期待。但在技术研究上，使用核聚变反应来进行核能资源的运用仍然存在着一定的难度，因此各国研究者还应当不断地进行有关技术的创新与完善。通过现阶段对核聚变反应堆系统的研究不难发现海水中的相应核聚变能源能够为人类使用很长一段时间。换句话说，只要能够熟练地掌握核聚变反应堆的应用技术，就能够让人类在清洁能源使用的发展背景下，进行安全的生存与繁衍。因此进行核聚变反应堆核电站的研发显得尤为重要，这不仅能够解决现阶段日益严重的环境问题，还能够使得清洁能源的长期稳定使用从理论变成现实。

4 国内核电站的发生与发展历程分析

相比较国外的核能运用探索和研究而言，国内核能的运用和探索并未经历较为漫长的时间阶段。实际上国内核能的利用与探索最早开始于20世纪80年代，20世纪80年代到20世纪90年代中期，我国的核能运用处于起步探索阶段。最早在我国建立的核电站是秦山核电站，这一核电站在1985年方才开始进行施工，在投入商业运行后，为我国的核能资源运用开辟了一条与众不同的道路。这是一个压水堆核电站，它的建设完成具有重大意义，意味着中国已经有能力建造属于自己的核电站。而在20世纪90年代中期后，有关研究人员又对秦山核电站进行了不断的拓展，现阶段的秦山核电站已经拥有了4座核电站和8台发电机，成为了我国核能发电以及核能资源运用的先驱。而进入到了21世纪后，世界各国的核电站运行过程中重大事故频发，因此我国有意识地进行核电站建设与推进事业的步调控制，争取在更为高效安全的前提下进行核电站建设。相比较陆地核电站而言，海上核电站的风险性要小一些，因此我国将核电站的建设重心放置在海上，并尝试使用更稳健的方式进行内陆核电站项目的持续推进。随着我国经济建设的不断发展以及核能资源发电技术的进一步完善。但这并不意味着我国的核能发电技术已经到达了顶尖水平，实际上，我国还将需要以三步走的战略来进行核能发电技术创新与研究的持续性推进。现阶段我国的核能发电仍然是以压水堆核电站为主，但实际上核聚变堆发电才是未来核能发电技术研究的主要方向。因此我国未来的核能发电技术研究将朝着这个方向迈进。

5 结束语

核电发展历经了较为漫长的阶段，在未来的能源运用方面，核能资源将会成为主要能源。因此任何一个国家都应当重视起核能发电技术的运用与创新，通过加大资金投入和人才投入的方式，来进行核能发电技术的进一步改革，争取使得未来的新能源利用普及率能够得到进一步的提升与完善，只有如此，人类未来的生存环境才能够更加稳定，获得良好的发展。

参考文献

[1] 冯献灵，薛广宇.核电站工作原理及發展前景展望[J].产业与科技论坛，2021，20（7）：75-76.

[2] 张煜.国内外浮动式核电站发展现状的研究[J].中国新技术新产品，2020（1）：131-132.