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世界首台“核电宝”将只有集装箱那么大!

放大字体  缩小字体 中国核电网  | 发表于:2016-11-09 | 来源:中国科普博览

说起核能装置小型化,大家可能第一时间想到的就是电影《钢铁侠》中力大无穷的男主角。

钢铁侠之所以能够成为拥有超能力的漫威英雄之一,是因为其胸前装了一块拳头大小的“核能电池”,正是这块电池,为他提供了源源不断的能量。喜爱漫威英雄的你,是否也曾梦想过拥有一块和钢铁侠一样的“核能电池”呢?

然而,在目前的技术条件下,“核能电池”还只是漫画迷们心中一个美丽的梦想。

为什么现在科学家们还造不出“核能电池”?

这是因为现有的核电装置对核燃料的导热性能有很高的要求。如果没有安全高效的导热手段作为后盾和保障,只是为了拥有惊人能量就硬把“核能电池”穿在身上,估计钢铁侠一眨眼的功夫就会被核能发电时释放的大量热量“烤焦”了。

可喜的是,近日我国科学家在“铅基堆冷却剂技术”方面的研发工作取得了重大突破,新技术有效解决了核电装置高效导热的问题,而且大幅度提高了安全性。

基于这项技术,未来我国有望率先推出集装箱大小的世界首台迷你核电站——“核电宝”。

尽管集装箱大小的“核电宝”和钢铁侠的“核能电池”比起来,还是大了不少,但在我们的现实生活中,核电站要是能够缩小成集装箱那么大,那用途可就大多了:

未来如果集装箱“核电宝”能够研发和推出,将凭借其体型小、安全性高等诸多优点,被广泛应用在南海岛屿发电,远离大陆的海洋平台开发,以及核潜艇的升级等方方面面。

既然这项技术这么了不起,那么问题来了,这个铅基堆冷却剂到底是什么神奇的物质?为什么它的出现能让庞大的核电站有望变成集装箱那么大呢?它的出现又为什么能让核电装置更安全更高效呢?

要回答这些问题,我们首先得了解下核能发电的原理是什么。

核能发电的原理

简单来说,核能发电就是高级版烧锅炉,与用煤“烧锅炉”发电的过程类似,是把热能变成电能的过程:“燃烧”核燃料,释放出大量热量,随后循环水流经核燃料,水受热升温成为热水,进而成为水蒸气,水蒸气通过汽轮机转化为机械能,再经过发电机最终将机械能转化为电能。就这样,水作为“中间人”把核燃料产生的热量带走并用于发电。

原理看上去是不是很简单,不过要提一下的是,由于是“燃烧”核能,技术要求上可比烧锅炉复杂多了。

冷却剂就是用来带走核燃料产生热量的物质。如果选择用水带走热量,就是使用了水冷却剂。水冷却剂虽然成本低,但安全加热的上限温度只能到三四百度,对于后继发电部分来说,这样的温度还比较低,会降低发电效率。所以,近几十年间,人们又相继发明了钠冷却剂、氦气冷却剂等。

可以看出,以往的冷却剂都是可以流动的液体、气体或液体金属,而铅是一种固体金属,缺少流动性,不能像液体或气体一样流动带走热量。

科学家们怎么会选择铅作为冷却剂呢?

原来,铅虽然是一种固体金属,但它的熔点比较低,只有327℃。如果把铅与其它金属做成合金(铅基材料),例如铅铋合金或铅锂合金,则熔点更低,仅有一二百摄氏度。

当铅或铅合金熔化变成液态后,粘度很低,具有非常好的流动性。如果大家想象不出高温时铅流动的情景,不妨看一下水银流动的样子。

当铅基冷却剂吸收了核反应释放出的热量后,固体的铅基金属变成液体,然后不断循环流动把热量带走发电。整个过程就像是用核燃料,持续不断地烧一壶“铅基液体”。

铅及其合金在高温下是一种温和的液态金属。与传统的水冷却剂相比,铅基冷却剂的沸点高达两千多度。因此,不用担心高温时反应堆变成一口潜在危险的“高压锅”。铅基冷却剂的热导率也更大,约为水的三十倍,也就是说铅基液体可以带走比水更多的热量,因此发电效率也更高。

冷却介质是决定核反应堆大小的重要因素之一,正是由于铅基冷却剂出色的发电效率,使得核能装置小型化变得更有可能!

如此优异的导热性和热稳定性,使核反应堆可以在常压下运行,降低了不可控化学反应发生的可能性,安全系数也大大提高。

同时,铅基材料化学性质不活泼,几乎不与水和空气发生化学反应。

所以,大家不用担心“核电宝”会像日本福岛核电站那样发生氢气爆炸的恶性事故。

咱们中国的“核电宝”,安全质量有保证!

未来,人们还将更加安全高效地利用核能。随着技术的不断进步,以后的核能装置体积将会越来越小,能量利用率会越来越高。

也许某一天,电影中的钢铁侠真的会成为现实!



 
关键词: 核电 核电宝
 
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