核電技術成熟後,人類沒有能源危機,有沒有可能把能量轉化為原子能儲存起來?

蜜瓜醬


原子能開發現狀及發展趨勢:

核電迅速發展,是由核電自身的優越性決定的. 核電是濃集、清潔、安全和經濟的能源.首先,核能是高度濃集的能源,核電站可建立在最需要用電的地方,不受燃料運輸的限制.l公斤鈾裂變產生的熱量相當於1公斤標準煤燃燒後產生熱量的270萬倍.

因此,核電站特別適合於缺乏常規能源而又急需用電的地區,如我國的東南、華南地區.核能是後備儲量最豐富的能源,鈾在地球上的儲量相當豐富,等於有機燃料儲量的20倍. 核能是清潔的能源,有利於保護環境目前,世界上80%的電力來自燒煤或燒油的火力發電站,燃燒後的煙氣排放到大氣中嚴重汙染環境.相同規模的火電站釋放出的放射性比核電站大幾倍.煤燃燒後排放的一氧化碳、二氧化碳、硫化氫和苯並芘,容易形成酸性雨,使土壤酸化,水源酸度上升,對植物及水產資源造成有害影響,破壞生態平衡,苯並芘還是一種強致癌物質.一個成年人每天要呼吸約14公斤的空氣,火電站汙染造成的死亡幾率是相同規模核電站的400倍.同時大氣中二氧化碳濃度增加還導致大氣層的“溫室效應”.另外,煤和石油又是重要的化工原料,大量燒掉十分不利於化學工業的發展,是十分可惜的浪費. 核能又是安全的能源經過幾十年的發展和完善,核電站已成為最安全的部門之一.

我國核工業30多年的安全記錄就是良好的佐證.一座反應堆運行一年稱為一堆年,三里島事故之前,全世界商用核電站已運行了1400堆年.三里島事故後到1986年又安全運行2000堆年以上.三里島事故是鑑於設計、管理、操作與設備的缺陷交織在一起而造成的十分罕見的事故,只要其中任何一個環節的問題得到排除,就不可能出現這樣的後果.事故後果也沒有輿論宣傳的那樣嚴重,事故中主要安全系統全都自動投入,有專家認為這從反面證實了核電站的安全性.

1986年4月蘇聯切爾諾貝利核電站又出現了重大事故,專家們認為原蘇聯核電站特別是早期的,安全設施較差,沒有安全殼.而事故的直接原因是由於在進行某一試驗時違反操作規程,導致信號指示和控制系統沒有起作用.如今國際原子能機構和各國的國家安全部門都建立了一系列的安全法規和準則,對核電站的安全進行了嚴格的管理. 特別指出的是,我國1989年11月建成的由清華大學核研院設計的5兆瓦低溫核供熱反應堆,是世界上第一座投入運行的核供熱堆,也是世界上第一堆採用新型水力驅動燃料控制棒系統的核反應堆.這種反應堆設計有壓力殼和安全殼.具有雙重安全屏障、安全可靠,已運行5個冬季,未發現任何事故.據監測,5兆瓦低溫堆向大氣中排放出的放射性物質所造成的危害,只相當於吸一支香菸所造成的危害的1/400,放射性汙染是極其微小的. 核能也是經濟的能源.世界上已運行核電站的經驗證明,儘管它的造價比火電站高30—50%,但由於燃料費和運輸費較低,它的發電成本仍比火電約低30%,而且隨著核電站的技術不斷完善和提高,成本還將繼續降低日本能源經濟研究所預測,至2010年日本的核電成本為8.9日元/千瓦小時,而煤電和油電成本分別為10.45日元/千瓦小時和13.06日元/千瓦小時

因此,有專家們預計,在未來的城市集中供熱工程中,逐步採用低溫核供熱技術是必然趨勢。 三、核反應堆與核電站 能維持可控自持核裂變鏈式反應的裝置稱為核反應堆. 原子能工業是在第二次世界大戰期間發展起來的.當時全力製造核武器以滿足軍事需要.50年代以來,原子能用於和平事業有了飛速發展,所以核反應堆類型和數量增多.

按照核反應堆的用途分類,大體可分為下列幾類: (1)生產堆.主要用於生產易裂變材料和其他材料,或用於工業規模的輻照,稱為生產堆.50年代建成的第一批石墨水冷堆和天然重水堆,都是生產軍用239Pu,也就是使天然鈾中大量的238U在堆內吸收中子轉化成239Pu.239Pu是一種易裂變物質,可用作核武器原料,此外,還可把Li放在堆內受中子輻照而產生氚(H),氚是氫彈的重要原料.

(2)試驗堆.主要是為取得設計或研製一座反應堆或一種堆型所需的堆物理或堆工程數據而運行的反應堆.例如用於核物理、放射化學、生物、醫學研究和放射性同位素生產等,也可以用於反應堆元件、結構材料考驗以及各種新型反應堆自身的靜、動態特性研究等等.

(3)用於生產動力(發電、推進、供熱)的反應堆稱為動力堆,如核電站、核供熱、核潛艇等所用的反應堆就是這種類型.

目前常用的動力堆型分為四大類:

1、石墨氣冷堆——包括最早的鎂諾克斯堆,改進型氣冷堆及高溫氣冷堆.該反應堆是以石墨為慢化劑,氣體作冷卻劑的堆型.鎂諾克斯(Magnox)堆以天然鈾為燃料,燃料包殼是鎂諾克斯鎂合金,用二氧化碳冷卻.鎂諾克斯進一步發展為高溫氣冷堆(HTGR).它以氦為冷卻劑避免了CO2對石墨的腐蝕作用,取消了用金屬材料製成的燃料包殼,其燃料是碳化鈉及碳化針混合物的顆粒(100—400μm),燃料顆粒彌散在石墨中,製成燃料元件,裝入石墨砌塊的燃料孔道中.由於以上措施,大大提高了中子的經濟利用及運行溫度,致使高溫氣冷堆熱效率提高40%以上.此外高溫氣冷堆燃料中的釷是增殖原料,它可使反應堆獲得較高的轉換比目前我國清華大學核研院對高溫氣冷堆的研究取得了一系列重大成果.

2、輕水堆 輕水堆有兩種類型,一是沸水堆,一是壓水堆.兩者均用輕水作慢化劑兼冷卻劑;用低富集度二氧化鈾製成芯塊,裝入鋯合金包殼中作燃料,沸水堆不需另設蒸汽發生器、但由於蒸汽帶有一定的放射性,對汽輪機的廠房要屏蔽,同時對檢修增加了困難.據統計,當今核電站的80%為壓水堆.我國秦山一期和大亞灣核電站均屬此類.“九五”期間秦山二期工程、廣東核電站以及遼寧核電站也將採用壓水堆.

3、重水堆 重水堆是以天然鈾作燃料,以重水堆作慢化劑的堆型.它是加拿大重點發展的堆型,以坎都(CANQL)型為代表.由於它用數百根壓力管代替整體的壓力容器,壓力管可以成批生產,易於保證質量,在擴大堆容量時只須多加壓力管數,有利於標準化.壓力管內,可以實現不停堆裝卸料.這樣可控制各燃料棒束達到均勻的燃耗深度,有利於充分利用燃料,減少停堆時間,提高反應堆的有效利用率.而且重水堆採用天然鈾為燃料,無需設立濃縮鈾工廠,對分離能力不足的國家,發展此種堆型特別有利.我國“九五”期間,秦山核電三期工程將引進加拿大的重水堆.重水堆所用重水價格昂貴,防止洩漏及回收洩漏出的重水是一個特別棘手的問題.

4、鋼冷快堆鈉冷快堆就是鈉冷卻快中子堆在核能發電問題上,必須考慮增殖問題,否則對核燃料資源的利用是極為不利的.增殖堆的採用,可以將核燃料資源礦大數百倍快堆是利用中子實現核裂變及增殖.而前述石墨氣冷堆,輕水堆和重水堆,都是熱中子堆.對每次裂變而言,快堆的中子產額高於熱中子堆,且所有結構材料對快中子的吸收截面小於熱中子的吸收截面這就是實現增殖的原因. 鈉冷快堆用金屬鈉作冷卻劑.鈉在98℃時熔化;883℃時沸騰,具有高於大多數金屬的比熱和良好的導熱性能,而且價格較低,適合用作反應堆的冷卻劑. 國際快堆的發展已有較長的歷史,據報道,1995年8目29日,日本文殊28萬千瓦快堆以5%的額定功率——l.4萬千瓦併入電網.

我國開發快堆技術始於60年代中後期,已取得豐碩成果.1987年底已將快堆納入“863”高技術研究計劃,計劃2015年建成並推廣單推功率100—150兆瓦的模塊式快堆電站到2025年建成和推廣增殖性能的1000—1500兆瓦的大型快堆. 不同類型的核反應堆,相應的核電站的系統和設備有較大的差異.以壓水堆為例,核電站是由核反應堆、一回路系統、二回路系統及其他輔助系統組成.核反應堆是核電站動力裝置的重要設備,同時,由於反應堆內進行的是裂變反應.因此它又是放射性的發源地.

迴路系統由反應堆、主循環泵、穩壓器、蒸汽發生器和相應的管道、閥門及其他輔助設備所組成,它形成一個密閉的循環迴路,將核裂變所釋放的熱量以水蒸汽形式帶出.

迴路系統是將蒸汽的熱能轉化為電能的裝置,並在停機或事故情況下,保證核蒸汽系統的冷卻.輔助系統的主要作用是保證反應堆和迴路系統能正常運行,為一些重大事故提供必要的安全保護及防止放射性物質擴散的措施. 我國的原子能科學技術,雖然起步晚,但經過30多年的努力,已具有雄厚的基礎.60年代以來,我國成功地爆炸了原子彈、氫彈和研製成核潛艇.至今,原子能開發利用技術已達到一定的水平,它為核電的建設打下了良好的基礎1991年12月15日,我國自行設計的秦山核電站一期工程30萬千瓦壓水堆機組併網發電成功.

1993年底,廣東大亞灣核電站已經成功運行.1995年,秦山核電站發電22億千瓦時,大亞灣核電站已超額完成了100億千瓦時的發電任務,這樣,我國在1995年核發電已達到122億千瓦時

壓水堆棒形核燃料元件 核反應堆堆芯結構是反應堆的核心構件,在這裡實現核裂變反應,核能轉化為熱能;同時它又是強放射源.堆芯由核燃料組件、控制棒組件等組成.現代壓水反應堆的燃料是採用低濃鈾(鈾—235的濃縮度約為2一4%)作核燃料. 核燃料元件製造的第一大工藝過程是在比工車間裡生產為滿足一定性能要求的二氧化鈾粉末.我國目前採用技術上較成熟的ADU(重鈾酸銨)法制取二氧化鈾粉末.主要過程是將六氟化鈾汽化,經水解生產成氟化鈾銑(UO2F2),在通有氨水的沉澱槽轉化為ADU粉末.經氫氣還原為二氧化鈾第二大工藝過程是將二氧化鈾粉末壓制成粗塊,經燒結、磨削成一定性能要求、一定尺寸和規格的圓柱形二氧化鈾芯塊.在經裝配車間把二氧化鈾芯塊和長棒形空鋯管裝配成核燃料元件棒,並且棒內充入一定量的氦氣,兩端密封;然後,按一定的排列方式排列成正方形或六角形的柵陣,中間用幾層彈簧夾型的定位格架將元件棒夾緊,上下兩端固定骨架構件上下管座,構成棒束型的燃料元件. 我國具有核元件的自行設計和製造能力,1994年,我國核工業總公司國營八一二廠成功地從法國傑馬公司引進了大型核燃料元件生產線秦山的首爐燃料、首爐換料和大亞灣核電站的首爐換料大部分由該廠生產.從它們運行的數據來看,國產元件質量是可靠的.

新科技及前景展望 人們對核電站使用的擔心集中在核安全問題上,如:核燃料的放射性,運行中的核事故,以及核廢料處理等1979美國的三里島核事故與1986年原蘇聯切爾諾貝利事故導致一些人對核電的恐懼心理,給和平利用核能蒙上陰影,經專家事後分析,三里島事故和切爾諾貝利事故都在很大程度上是人為因素造成的.核能技術發展至今,已進入成熟階段,尤其採用快中子增殖反應堆,既可提高核電站的安全係數,又較少產生核廢料,而且所產生核廢料較容易處理此外,這種反應堆還可少量處置老式反應堆產生的核廢料,在燃燒過程中銷燬老式反應堆產生核廢料中放射性的鈈及錒系元素.有關專家認為.此種反應堆具有很高的運行可靠性和安全性,並是目前銷燬部分核廢料的最佳方法.

目前,國際核能界正致力發展快中子增殖堆(簡稱快堆).此種反應堆運行時,一方面消耗核燃料,產生熱能而發電,另一方面產生新的核燃料鈈,並且產出大於消耗、這樣,天然鈾的單位消耗降低到原來的1/5—1/10.並保持核能的經濟性;同時最主要是依靠核燃料、冷卻劑、放射性廢物及核工藝的其他組份所固有的基本物理化學性能和規律來消除事故,這將是人類“第二個核時代”的主要內涵. 目前世界上尚有14個國家在修建38座核電站.這一事實表明,隨著世界“能源危機”的加劇,生態環境的進一步惡化,利用清潔、安全的核能將是人類不可迴避的課題


遠古印跡


核電本身是鈾原子分裂產生熱能來發電。

根據現在的核電情況,核電二代技術已經非常的成熟了。在法國核能發電量佔整個發電量的百分之六七十。只要人類願意,再未來的幾十年里人類能源基本就可以用核能。

題主說能不能將電能儲存為原子能?

技術上可以沒問題的,這本身是個很容易理解的物理問題。但是有個問題需要解決,就是為什麼要將電能儲存為原子能?

既然這種儲存沒有什麼原因,只是興趣索然的話,最好是不要隨便去問了吧


工程師王小胖


你在開玩笑吧?用原子能發電,再把電轉化成原子能儲存起來?有意思嗎?具體地說,把電轉化成原子能的途徑我們還不知道,我們沒有方法把任何種類能量轉化成原子能。


阿中芳1


不需要儲存,能量只取決於你需要多少,環境可以提供一切支持


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