智慧电力系统和智能电力系统的探讨(一百二十)

智慧城市之智能建筑---分布式光伏发电系统的整体智能化浅说智慧城市八十四（生命的本质---能量8）

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    一切生命的本质，就是能量。生命就是能量的传递、转移、交互、转变，及形态能力的展现和功能的实现。水是生命之源，也是能量之源，其中蕴含的能量，是难以估算的。在上篇中，徐工介绍了风能、太阳能→电能→氢能→其它使用的能量，提及了核能，及热核反应。今天咱们就说一说核能。

    人这种物种，确实很聪明，但也很贪婪，而且很好斗。最先进的技术，往往首先应用在军事领域，这是往好听的说；往不好听的说，就是首先应用在欺负人的领域；再说的直白点，那就是首先应用在杀人领域。因此，徐工常常感叹—人啊！这世界上最善良的是你，最残忍的依旧是你！

    跑题了！咱们要说：“核能”呢！徐工怎么发起感慨来了！咱们回来，“核能”首先被人类应用，不是用来提高生产，满足人们需求的，而是用来杀人的。在日本的广岛和长崎投爆了两颗原子弹，其威力巨大，造成了近40万人的伤亡，两座城市被毁。至此！原子弹与核能被大众所感知。看！徐工的感叹是不是很正常呢？

    原子弹的原理是利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间发出巨大能量的原理而发生爆炸的。铀-235和钚-239此类重原子核在中子的轰击后，通常会分裂变成二个中等质量的核，同时再放出2-3个中子和200兆电子伏特能量。在裂变中放出的中子，一些在裂变系统中损耗了，而一些则继续进行重核裂变（继续轰击重原子核）反应。只要在每一次的核裂变中所裂变出的中子数平均多余一个（即中子的增值系数大于1），核裂变就可继续进行。一次一次的反应后，裂变出的中子总数以指数形式增长，而产生的能量也随之剧增，如果不加控制，这个裂变系统会变为一个激烈的链式裂变反应。当下一代中子数有二位数时，在不到一微秒时间内，一千克的铀或钚中会有2.5x10的24次方原子核发生裂变反应，而在这不到一微秒的时间内，此反应所产生的能量相当于2万顿TNT当量。这就是原子弹极具破坏性威力的来源。在原子弹实际使用及爆炸中，为了提高爆炸的威力，利用快中子裂变体系，需要使用高浓度的裂变物质作为装药，同时药量必须远远超过临界质量，使中子的增值系数远远大于一。

  02  

    原子弹爆炸是核裂变的过程，核裂变是指一个重的原子核（如铀或钚）分裂成两个或多个较轻的原子核的过程。这个过程中会释放出大量的能量，同时还会产生额外的中子，这些中子可以继续引发其它原子核的裂变，形成链式反应。核裂变是目前核电站和原子弹中利用的主要核反应形式。原子弹的核裂变反应是如此的剧烈，我们是如何利用这种核反应方式来发电呢？我们先来理解下核裂变反应的方程式。

核裂变方程式

235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n；235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n。在这个反应中，一个中子（n）撞击到一个铀-235原子核（235U），使其变成一个不稳定的铀-236原子核（236U），后者随即分裂成两个较轻的原子核（例如氙-135和锶-95，或者钡-144和氪-89），并释放出额外的中子和大量的能量。核裂变反应是核电站和原子弹的基本原理。在核电站中，通过控制裂变反应的速度来产生稳定的电力供应。

    不知大家注意到没有，在核裂变反应中，是中子引发了其它原子核的裂变，形成链式反应的。那么我们就可以采用控制核裂变中的中子数，来控制核裂变的反应烈度。在核电站中的核裂变反应中，正是通过慢化剂和冷却剂来控制核裂变的反应速率，来实现核裂变反应的可控性，从而实现核能的开发利用。目前在应用的主要有重水核反应堆和轻水核反应堆，重水核反应堆是以重水（D₂O）作为慢化剂和冷却剂的核反应堆。其核心特点是利用重水的低中子吸收截面，可直接使用天然铀作为燃料。这种反应堆的典型代表是加拿大的CANDU堆型，采用压力管式结构，堆芯水平布置，运行时可不停堆更换燃料。重水堆的优点包括燃料成本低、铀资源利用率高，但重水价格昂贵，且对密封性要求较高。

    轻水核反应堆是以普通水（轻水H₂O）作为冷却剂和慢化剂的反应堆类型，主要包括压水堆（PWR）和沸水堆（BWR）。压水堆通过高压抑制水的沸腾，利用高温高压水将热量传递给蒸汽发生器，产生蒸汽推动汽轮机发电。沸水堆则直接在堆芯内产生蒸汽，省去了蒸汽发生器，系统更为简单。轻水堆的优点是造价较低、技术成熟，且安全性较高。在核电站中，轻水核反应堆占据了主导地位，几乎占据了核电站装机容量的90%。

    这次咱们主要说了核能的裂变反应形式，介绍了重水核反应堆和轻水核反应堆，下次咱们说说核能的另一种反应形式。

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