核能发电

核能(nuclear energy)是人类历史上的一项伟大发现，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的发现和应用奠定了基础。可一直追溯到19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子开始，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

1895年德国物理学家

核燃料裂变过程释放出来的能量，经过反应堆内循环的冷却剂，把能量带出并传输到锅炉产生蒸汽用以驱动涡轮机并带动发电机发电。

发电原理

能量转化过程为：核能→内能→机械能→电能。

（1）受控热核反应

利用原子裂变能发电的核反应堆，尽管其燃料浓度低，但它的自持链式裂变反应速率也是很快的，如果不加以控制，瞬时裂变释放出的巨大能量足以把反应堆摧毁。因此在反应堆内除了要保证自持链式反应的条件外，还要控制反应速率，它是反应堆安全运行的关键问题。

设法寻找一种材料，使能量大的快中子通过与之产生弹性散射的作用来消耗中子的动能量，降低中子的速度，这样就能使快速链式反应速率降低，这种材料称为慢化剂。核反应堆中所用的慢化剂，一般都是一些原子核质量轻的元素，常用的几种慢化剂是水（相对于重水又称为轻水）、重水和石墨。

氢有三种同位素：氕、氘和氚。它们与氧原子结合，会生成三种不同的水，氕水、氘水和氚水，氕水就是普通水，氘水称作重水，氚水太重，不能做慢化剂。重水是一种良好的慢化剂，但重水代价高昂，需处理3400t普通水才能获得1t重水。水便宜又容易得到，所以它是目前反应堆中用的做多，最广泛的一种慢化剂。轻水的主要缺点是对中子的寄生俘获较高，沸点低。石墨的慢化能力不及重水的一半，但石墨比重水便宜易得，而且耐高温，没有轻水沸点低、易于汽化的缺点，这正是有些反应堆选用石墨做慢化剂的主要原因。

要在反应堆内维持稳定的自持链式裂变反应，必须控制堆内中子增减的数量。这种增减的量度，称作中子增殖系数K:K=一代裂变新生中子数/一代裂变参与反应的中子数。

理想的热中子循环的增殖系数K=1，即新生一代中子与原来一代中子数目相等，链式反应刚好能自行维持下去，裂变反应的规模既不扩大也不减小而保持原状。这种情况称为反应堆的临界状态，反应堆临界状态可保证反应堆在稳定功率下工作。

采用铀235作燃料的反应堆，都是用天然铀浓缩制成直径为9-10mm，长3-4m的燃料棒，集成束的燃料棒与控制棒、慢化剂及反射层材料合理地组成反应堆的堆心。通过调节棒插入堆心中的深度或棒的根数来调节堆内反应性的高低，从而调节反应堆功率的变化，也就控制了裂变反应热的稳定释放。

（2）裂变热的转换

反应堆内的冷却剂连续不断地流过堆心，把反应堆所释放的（热）能量及时带出，再与二次工质进行热交换，供给汽轮发电机组，同时保证反应堆内的温度水平在规定的范围内。为了简化系统控制，近代核发电反应堆往往在冷却剂中适当加入硼酸，以吸收过剩的反应性。在运行中，只要适当改变冷却剂中硼的浓度，就可调整堆内反应性的高低。

不排放有害物质，不会造成“温室效应”； 核能发电是经济的能源，虽然核电站的比投资高于燃煤电厂，但由于核燃料的成本低于燃煤成本以及核燃料是长期起作用等因素，所以目前核电站的总发电成本低于燃煤电站；核能发电的燃料储存量巨大，可供持续发展的需求。

核能发电机

1、核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。

2、核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3、核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，暂时没有其他的用途。

4、核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。

5、核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。　

1、核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。

2、核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。

3、核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。

4、核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

5、兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

6、核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。

核电站

第二代核电站。20世纪60年代后期，在实验性和原型核电机组基础上，陆续建成发电功率30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组，他们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明。世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期建成的，习惯上称为第二代核电机组。

第三代核电站。20世纪90年代，为了消除三里岛和切尔诺贝利核电站事故的负面影响，世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》，即URD文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》，即EUR文件，进一步明确了预防与缓解严重事故，提高安全可靠性等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组要求是能在2010年前进行商用建造。

第四代核电站。2000年1月，在美国能源部的倡议下，美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家，联合组成了“第四代国际核能论坛”，与2001年7月签署了合约，约定共同合作研究开发第四代核能技术。

2011年铀可采资源量为5 327 200吨铀，最多的国家是澳大利亚，有1 661 000吨铀，占全球总量的31%，其次是哈萨克斯坦（12%）、俄罗斯（9%）、加拿大（9%），中国仅占3%。

2014年铀总需求量为65 908吨，需求最多的国家是美国，需要18816吨铀；法国需要9927吨铀、中国需要6296吨铀，俄罗斯需要5456吨铀、韩国需要5022吨铀。

核反应堆最多的国家是美国，2014年有100座，占世界总量的23%；发电量为99361MWe净，占世界总量的26.4%。

2014年在建核反应堆最多的国家是中国，在建27座反应堆，占世界总量的38%；其次为俄罗斯10座，印度6座，韩国5座。

2013年全球生产铀59 370吨，生产最多的国家是哈萨克斯坦，达22 451吨铀，占全球总量的37.8%；其次是加拿大，生产9 331吨铀，占15.7% ；澳大利亚，生产6 350吨铀，占10.7%；尼日尔生产4 518吨铀，占7.6%；纳米比亚生产4 323吨铀，占7.3%。

生产铀最多的公司是哈萨克斯坦国家核能工业公司（KazAtomProm），生产9449吨铀，占世界总量的16%、其次为加拿大卡梅可公司（Cameco）,生产大于9084吨铀，占世界总量的15%；法国核燃料总公司（Areva）生产8567吨铀，占世界总量的14%。

2013年铀矿开采主要是地下和露天开采占47%；原地溶浸采铀法(ISL)占46%。

2013年世界上最大的铀矿是加拿大麦克阿瑟河（McArthur River），采用地下开采法，生产7 744吨铀，占全球总量的13%；其次是澳大利亚奥林匹克大坝（Olympic Dam），采用副产品法/地下开采法，生产铀3400吨铀，占全球总量的6%；尼日尔阿伊尔矿业公司（SOMAIR），采用露天开采法，生产铀2 730吨，占全球总量的5%；哈萨克斯坦托库杜克（Tortkuduk），采用原地溶浸法，生产铀2 550吨，占全球总量的4%。

2013年世界上最大的核电站是日本柏崎刈羽核电站（Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Plant），总装机容量8 212 MW (兆瓦)，年发电量24.63 TWh（太瓦小时）；其次是加拿大布鲁斯核电站（Bruce Nuclear Generating Station），总装机容量6 810MW，年发电量36.25 TWh；韩国蔚珍核电站（Uljin Nuclear Power Plant），总装机容量6 157MW，年发电量44.81 TWh；霊光核电站（Yeonggwang Nuclear Power Station），总装机容量6 139MW，年发电量48.16TWh。

2013年核能消费最多的国家是美国，达187.9 Mtoe（百万吨油当量），占全球总量的33.4%；其次是法国95.9 Mtoe，占全球总量的17.0%；俄罗斯39.1 Mtoe，占全球总量的6.9%；韩国31.4 Mtoe，占全球总量的5.6%；中国25.0 Mtoe，占全球总量的4.4%。

2013年核能发电最多的国家是美国（790.2 TWh，占世界总量的33.5%）、法国（405.9 TWh，占世界总量的17.2%）和俄罗斯（161.8 TWh，占世界总量的6.9%）。这3个国家之和占世界总量的57.6%。

2013年世界上核能发电最多的地区是欧洲，核能发电占本国总电量份额最多的国家依次为法国（73.3%）、比利时（52.0%）、斯洛伐克（51.7%）、匈牙利（50.7%）、乌克兰（43.6%）。

中国是一个核燃料缺乏的国家，铀燃料进口依次为哈萨克斯坦、澳大利亚、纳米比亚、乌兹别克斯坦、尼日尔、加拿大。