科技與生活－ 核能發電 國企三乙　4A160007 孫慈妤 指導老師：楊汎緯　老師

目錄 一、簡介 二、原理 三、起源 四、應用 五、反應爐的種類 六、核燃料的循環 七、核廢料 八、再處理 九、核能發電的優、缺點 十、核能發電事故 十一、參考資料

一、簡介 核子動力（也稱原子能或核能），是利用不可控的核反應來獲取能量，從而得到動力、熱量和電能。產生核電的工廠被稱作核電廠，將核能轉化為電能的裝置包括反應爐和汽輪發電機組。核能在反應爐中被轉化為熱能，熱能將水變為蒸氣推動汽輪發電機組發電。

二、原理 利用核反應來獲取能量，當裂變材料（例如鈾-235）在受人為控制的條件下發生核裂變時，核能就會以熱的形式被釋放出來，這些熱量會被用來驅動蒸汽機。蒸汽機可以直接提供動力，也可以連接發電機來產生電能。例：世界各國軍隊中的某些潛艇及航空母艦以核能為動力（主要是美國）。

原理（續一） 核電廠的關鍵部分： 核燃料、反應爐燃料棒、中子減速劑、冷卻劑、控制棒、反應爐壓力槽、反應爐中心緊急冷卻系統、反應爐保護系統、蒸氣發生器（沸水式反應爐中沒有這個）、安全殼建築、水泵、渦輪機、發電機、冷凝器。

三、起源 第一個成功的核裂變實驗裝置在1938年的柏林被德國科學家奧托‧哈恩、莉澤‧邁特納和弗瑞茲‧斯特拉斯曼製成。 1942年12月2日，恩理科‧費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應爐，在他的研究基礎上建立的反應爐被用來製造轟炸了長崎的原子彈中的鈽。在這個時候，一些國家也在研究核能，它們的研究重點是核武器，但同時也進行民用核能的研究。

起源（續一） 1951年12月20日人類首次用核反應爐產生出了電能，這個核反應爐位於愛達荷州。 1952年，帕雷委員會向當時的美國總統哈利‧S ‧杜魯門提交了一份報告，這份報告認為核能的前景「相當悲觀」，它建議應該讓科學家們研究太陽能。 1953年12月，美國總統德懷特‧艾森豪發表的名為「和平需要原子」的演說，這使美國政府開始資助一系列國際間的核能研究。

起源（續二） 1954年6月27日，世界上第一個為電網提供電力的核電廠在蘇聯的奧布寧斯克開始運行。這個反應爐使用了石墨來控制核反應並用水來冷卻，功率為5兆瓦。全世界第一個投入商業營運的核反應爐是位於英格蘭設菲爾德，它於1956年開始運行。 位於賓夕法尼亞州碼頭市的「碼頭市核電廠」，它是美國第一個投入商業營運的核反應爐，於1957年開始運作。

起源（續三） 1954年，美國原子能委員會（美國核管理委員會的前身）的主席說，人們談到核能時經常會提到，如果廣泛應用核能，電力在將來會變得很便宜，實際上這是錯誤的。 在1955年聯合國的「第一次日內瓦會議」中，世界上聚集了最多的科學家來一起探索核能這個新領域。1957年，歐洲原子能共同體（EURATOM）與歐洲經濟共同體（即現在的歐盟）一同成立。同年成立的還有國際原子能機構（IAEA）。

四、應用 根據國際能源署的資料，截至2014年9月，全世界共有437個核電機組處於運行狀態，總裝機容量為374.5 GW（1GW=10億瓦）。超過150艘使用核子動力推進的艦船已被建造。美國每年產生的核能居全世界首位，美國人消耗的電能中有20%來自於核能，如果按總電能中核能所佔的百分比來看，法國則為全球第一。

五、反應爐的種類 壓水式反應爐（PWR） 這種反應爐完全以高壓水來冷卻並使中子減速（即使在溫度極高時也是這樣）。大部分正在運行的反應爐都屬於這一類，一般認為這類反應爐最為安全可靠，這是一種熱中子式核反應爐。臺灣核三廠的反應爐為此型。

反應爐的種類（續一） 沸水式反應爐（BWR） 這種反應爐以輕水作為冷卻劑和減速劑，但水壓較前一種稍低。正因如此，在這種反應爐內部，水是可以沸騰的，所以這種反應爐的熱效率較高，結構也更簡單，而且可能更安全。其缺點為，沸水會升高水壓，因此這些帶有放射性的水可能突然泄漏出來。這種反應爐也佔了現在運行的反應爐的一大部分，這是一種熱中子式核反應爐。臺灣核一廠和核二廠兩座發電廠的反應爐為此型。

反應爐的種類（續二） 壓重水式核反應爐（PHWR，也叫做CANDU） 這是由加拿大設計出來的一種反應爐，這種反應爐使用高壓重水來進行冷卻和減速。這種反應爐的核燃料不是裝在單一壓力艙中，而是裝在幾百個壓力管道中。這種反應爐使用天然鈾為核燃料，是一種熱中子式核反應爐。這種反應爐可以在輸出功率開到最大時添加核燃料，因此能高效利用核燃料（因為可作精確控制），並節省濃縮鈾的成本；只是重水很貴。大部分壓重水式反應爐都位於加拿大，中國泰山核電廠三期工程的反應爐為此型。

反應爐的種類（續三） 石墨輕水型核反應爐（RBMK） 這是一種蘇聯的設計，它在輸出電力的同時還產生鈽。這種反應爐用水來冷卻並用石墨來減速。RBMK型與壓重水型在某些方面具有相同之處，即可以在運行中補充核燃料，並且使用的都是壓力管。但是與壓重水型不同的是，這種反應爐不穩定，並且體積太大，無法裝置在外罩安全殼的建築物裡，這點很危險，一般認為RBMK型是最危險的核反應爐型號之一。

反應爐的種類（續四） 氣冷式反應爐（GCR）和高級氣冷式反應爐（AGCR） 這種反應爐使用石墨作為減速劑，並用二氧化碳作為冷卻劑。其工作溫度較壓水式反應爐更高，因此熱效率也更高。一部分正在運行的反應爐屬於這一類，大部分位於英國，這是一種熱中子式核反應爐。

反應爐的種類（續五） 液態金屬式快速增殖核反應爐（LMFBR） 這種反應爐使用液態金屬作為冷卻劑，而完全不用減速劑，並且在發電的同時生產出比消耗量更多的核燃料。這種反應爐在效率上很接近壓水式反應爐，而且工作壓力不需太高，因為液態金屬即使在極高溫下也不需加壓。這是一種快速中子式反應爐而不是熱中子式反應爐。液態金屬式反應爐分為兩種： a.液態鉛式反應爐 b.液態鈉式反應爐

六、核燃料的循環

七、核廢料 相較於其他種類的發電廠(如燃煤發電廠)，核能發電廠產生的廢料相當少。一台大型核反應爐每年僅會產生3立方米的核廢料。核廢料中主要包含沒有發生裂變的鈾和大量錒系元素中的超鈾元素（大部分是鈽和鋦）。核廢料中的長半衰期成分為錒系元素（鈾、鈽和鋦），短半衰期成分為裂變產物。用過核燃料具有強放射性，需要特別小心地處理。核廢料的放射性會隨著時間減少。

核廢料（續一） 由於核廢料具有放射性，它必須存放在具有輻射防護的水池中（乏燃料池），在這之後它一般會被送到乾燥的地窖或防輻射的乾燥容器中進行儲藏，直到它的輻射量降低到可以進行進一步處理的程度。由於核燃料種類的不同，這個過程通常要持續幾年到幾十年的時間。

八、再處理 再處理可以回收用過的核燃料中95%的鈾和鈽，並將它們轉化為新的混合氧化物燃料。這也同時減少了核廢料的長期放射性，因為經過再處理後，剩餘核廢料中主要就是半衰期短的裂變產物，並且它的體積也減少了90%。

九、核能發電的優、缺點 優點： 核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染。 核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。 核能發電所使用的鈾燃料，除了發電外，沒有其他的用途。 核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小。 核能發電的成本中，燃料費用所佔的比例較低，核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響，故發電成本較其他發電方法為穩定。

核能發電的優、缺點（續一） 缺點： 核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所佔體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。 核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。 核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。 興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。 核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。

十、核能發電事故 溫斯格爾核電廠事故（英國，1957年10月10日） 三哩島核電廠事故（美國，1979年3月28日） 車諾堡核電廠事故（前蘇聯，1986年4月26日） 福島核電廠事故（日本，2011年3月11日）

十一、參考資料 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%8B%95%E5%8A%9B http://www.taiwanwatch.org.tw/issue/nuclear/SAVE/save008.htm http://www.appledaily.com.tw/appledaily/article/international/20141108/36195514/ http://www.thenewslens.com/post/28984/

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