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术语表 · 核电

核裂变

铀-235 或钚-239 等重原子核吸收一个中子后分裂成较轻的原子核,释放约 200 MeV 能量和更多中子。

U-235 原子核吸收一个慢(热)中子后变得不稳定,随即裂变,通常分裂成钡和氪之类的两个碎片,同时放出 2–3 个快中子。每次裂变释放约 200 MeV 能量,其中 80% 以上是碎片的动能,转化为燃料的热量。

能量密度:1 g U-235 完全裂变 ≈ 82 TJ ≈ 23 MWhth,约为 1 g 煤所含能量的 270 万倍

要维持链式反应,有效增殖系数 k 必须等于 1。轻水堆用慢化剂(水)把中子减速,提高裂变概率;控制棒(硼、镉、铪)和可溶硼吸收中子,调节功率。反应堆之所以可控,是因为 U-235 裂变中子里约有 0.65% 是缓发中子,由衰变中的碎片延迟数秒放出。

动力堆使用低浓铀(见铀浓缩)。可转换的 U-238 也会俘获中子生成 Pu-239,在燃料循环后期,Pu-239 贡献约三分之一的能量。不用慢化剂的快堆可以增殖,产生的燃料比消耗的还多。

2025 年全球运行的反应堆约 415–440 座,装机约 375–400 GW,发电约 2,800 TWh,约占全球电力的 9%,全生命周期排放约 5–12 g CO2e/kWh(UNECE 2021)。

相关术语

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  • 铀浓缩

    把铀中易裂变的 U-235 比例从天然的 0.711% 提高,用于制造反应堆燃料,浓缩度极高时可用于武器。

  • 压水堆(PWR)

    最常见的核反应堆类型,高压水冷却堆芯而不沸腾,并把热量传给独立的蒸汽回路。

  • 沸水堆(BWR)

    冷却剂在堆芯内沸腾、产生的蒸汽直接驱动汽轮机的轻水核反应堆,没有蒸汽发生器。

  • 燃耗

    单位初始重金属质量的核燃料释放的热能,通常以每吨重金属吉瓦日(GWd/tHM)表示。

  • 核聚变

    氘、氚等轻原子核结合成较重的原子核并释放能量;太阳的能量来源,也是一条处于实验阶段的发电途径。

  • 乏燃料

    在反应堆中使用后卸出的燃料组件,放射性极强、余热很高,含有铀、钚、裂变产物和次锕系元素。