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溫室效應

7-2-2   核能發電

235與鈾238
目前世界上進行商業運轉的核能電廠都是利用鈾作為燃料。天然鈾礦中含有99.3%的鈾-2380.7%的鈾-235

-235原子核受到中子撞擊時,容易分裂,並且產生二個以上的中子,這些中子繼續撞擊分裂其他的鈾-235原子核,造成(或稱鏈式反應)。而鈾238要用非常高速之中子及比較複雜的程序才能引起核分裂,所以核分裂多選用鈾235

若使鈾235濃度增加到95%,濃縮後之兩塊鈾放在一起產生反應時,會形成無法控制的核分裂鏈式反應並放出大量核能。這就是原子彈爆炸放出高能量產生強大破壞力的原因。

核電廠使用的鈾燃料必須先經精煉濃縮,使鈾-235的濃度達到約3%,才能使核分裂有效地進行。其鏈式反應在控制下穩定釋放能量。核反應爐內裝置有可以吸收中子的控制棒,使核分裂的連鎖反應在控制的情況下緩慢地進行。

-235原子核進行核分裂連鎖反應時所產生的熱能,將水加熱成高溫高壓的水蒸汽,用於推動汽輪機,再帶動發電機產生電能。目前臺灣三座核能發電廠都是採用這種燃料。

近年來法國和日本研究發展快滋生核反應爐,利用快速中子撞擊原本不會分裂的鈾-238原子核,使其轉化成可分裂的鈽-239,作為核反應的燃料。因此可使天然鈾礦中先前不能使用的,但含量高達99.3%的鈾-238,獲得完全的利用。

沸水式反應器發電與壓水式反應器發電
臺灣的核一、核二廠採用沸水式反應器發電;核三與預計興建中的核四廠則採用壓水式反應器發電

沸水式發電廠,是將冷水直接引入反應器內產生蒸汽,再將蒸汽導入渦輪室推動渦輪發電。

壓水式發電廠,圖中可看出通過反應器之第一環路產生水蒸氣之第二環路是分離的。在第一環路中通過反應器加熱後之熱水承受很大之壓力,所以溫度可高達攝氏300多度仍然不會沸騰;第二環路內之水壓比較低,當二環路之水管在蒸汽反應器內接觸時,第二環路之水隨即沸騰,變為水蒸氣後被導入渦輪室推動渦輪發電。

不管是火力發電、核能發電,基本上都是利用水蒸氣推動渦輪機發電

核能發電利與弊

和火力發電(燃燒煤、石油、或天然氣)相比,核能發電的優點主要在於發電過程中,不會產生二氧化硫和氮的氧化物,故不會導致空氣汙染,也不會造成酸雨,破壞生態環境;也不會產生二氧化碳,故不會使地球的溫室效應惡化;

而且燃料鈾的體積小,在運輸和儲存上兩皆方便:以我國核三廠(裝有兩部發電機組,每部發電容量為951百萬瓦)為例,全年發電量所需燃料鈾約只需57噸,若改用煤則約需四百萬噸,石油約需二百八十萬噸,天然氣約需一百九十萬噸。

但核能發電的最大缺點在於所產生的輻射性核廢料難於處理。尤其是高輻射性的核廢料,例如使用過的核燃料,或其經再處理過的殘餘物等,若處理不善,對生物的生存環境有長期不利的影響;另外,核電廠運作的安全性也備受社會大眾的關注。