一、核電站的基本原理以及與普通火電站的區別
在用化石燃料的火電站中，化石燃料在鍋爐中燃燒時，燃料中的碳原子和空氣中的氧原子結合並放出能量，這種能量稱為化學能。化學能是由於原子結合和分離使電子的位置和運動發生變化而產生的，與原子核無關。原子由原子核和電子組成，原子核又由質子和中子組成，兩者統稱為核子。如果設法使原子核發生分離或結合即：裂變或聚合，使核子之間強大的吸引力釋放出來，則同樣能放出巨大的能量，這種能量稱之為核能。
1938年德國科學家奧托·哈恩用中子轟擊鈾原子核，發現重原子核的裂變現象。當中子以一定速度與重原子核，如鈾-235碰撞，並被其吸收後，後者會出現不穩定並分裂成兩片，同時產生2～3箇中子，並放出熱量。這些中子又去轟擊其他鈾核使其裂變併產生更多中子和熱量，這種連續不斷的核裂變過程稱為鏈式反應。顯然，只要控制中子數的多少就能控制鏈式反應的強度。常利用善於吸收中子的材料，製成控制棒，來控制鏈式反應的中子數目。此外，中子的速度是非常快的，必須應用慢速劑將其降速後才能將鏈式反應繼續下去。
通常將能實現大規模可控核裂變鏈式反應的裝置稱為核反應堆，其中一般裝有核燃料棒、控制棒、慢速劑及將熱量帶出的冷卻劑。在火電站中，化石燃料在鍋爐中燃燒產生的熱量使水產生蒸汽並推動汽輪發電機組發電。在核電站中，核反應堆內核燃料持續裂變產生的熱量使水等冷卻工質產生蒸汽推動汽輪發電機組發電，這兩種電站除熱量來源不同外，其餘工作原理基本上是類似的。
二、核裂變反應堆電站的主要類型及結構
在1942年費米在美國建成第一個可自持鏈式反應的試驗型核裂變反應堆後，1954年前蘇聯在奧布寧斯克建成了世界首座試驗性核裂變反應堆電站，當時的電功率僅僅為5000KW，發電效率為16.6%，不過卻意義重大，這標誌著人類首次將核能用於和平建設。隨著核電站的發展，後來形成了採用多種核裂變反應堆的核電站，主要有輕水堆、重水堆、氣冷堆和快中子增殖堆等幾種類型的核電站。
1、 輕水堆核電站
輕水堆是核電站中最常用堆型，採用這種堆型的核電站佔核電站總量的86%。這種堆型以普通水作冷卻劑和慢化劑，按結構又可分為壓水堆和沸水堆兩類。
壓水堆核電站的主循環泵將水送入反應堆吸熱後，流入蒸汽發生器下部的倒Ｕ形管，將熱量傳給二回路中的水後再回入主循環泵進口，形成一個迴路。二回路內水由給水泵供給，在蒸發器倒Ｕ形管外部流過，吸收管內一回路水的熱量併產生蒸汽後進入汽輪發電機組作功發電。汽輪機排汽，經凝汽器等設備後，回入給水泵形成第二個迴路。兩個迴路相互隔絕。這樣，就算燃料元件破損，也不會造成第二回路水質汙染，以免放射性物質經汽輪機逸出。因而，壓水堆核電站安全性較高，是核電站中應用最多的堆型，約佔總量的62%。
壓水堆原理圖
與壓水堆相比，沸水堆其特點為沒有第二回路，水直接在反應堆內沸騰，產生蒸汽後送往汽輪發電機組發電。這樣省去了蒸汽發生器。但是這種反應堆一旦發生事故，就很容易將有將放射性物質帶入汽輪機從而發生放射性物質洩漏。
沸水堆原理圖
2、重水堆核電站
重水堆核電站，其原理構成與輕水堆核電站基本相同。唯一不同的是，重水堆核電站使用的冷卻劑和慢化劑不是普通水，而是重水，即氧化氘。這種中重水可由普通水製成。重水對中子慢化性能較好，吸收中子少，因而可用天然鈾作燃料。適用於天然鈾資源豐富，又缺乏鈾濃縮能力的國家。
一種重水堆原理圖
3、 氣冷堆核電站
氣冷堆核電站以氣體為冷卻劑，以耐高溫石墨作慢化劑。氣體在反應堆中被加熱後流入蒸發器。加熱水使之產生蒸汽推動汽輪發電機組發電。採用低濃縮鈾作燃料的氣冷堆一般用二氧化碳作冷卻劑。採用高濃縮鈾為燃料的，一般用氦氣作冷卻劑。
4、 快中子增殖堆核電站
前面幾種核反應堆，核燃料的裂變主要依靠經慢化劑慢化後的中子，因而也稱為熱中子堆。熱中子堆的主要問題是不能充分利用核燃料資源，利用率僅1%~2%。後來人們發現，將快中子撞擊某些核燃料，如鈈-239，也可使其裂變併產生多箇中子。這樣，除維持自持鏈式反應外，還有多餘中子用於再生材料轉換。例如用於轟擊天然鈾中的鈾-238，經二次β衰變後可變成鈈-239新核，從而實現了裂變燃料的增殖。這種堆型稱為快中子增殖堆。快堆用鈈-239為堆芯，以鈾-238為增殖原料，置於堆芯周圍，形成增殖區。這樣堆內就不用放置慢化劑。只需要冷卻劑就可以了。這種方法能夠大大提高核燃料的利用率。
一種快堆原理圖
閱讀更多 科學小菌 的文章
