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國企三乙 4A160007 孫慈妤 指導老師：楊汎緯 老師 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 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。 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）。 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。 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。 • • • • 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。 • • 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。 • • 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）。 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。 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。 • 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。 • 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。 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。 • 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。 • 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 • 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。 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。 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%。 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。 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。 • 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） http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%8B%95%E 5%8A%9B • http://www.taiwanwatch.org.tw/issue/nuclear/SAVE/save0 08.htm • http://www.appledaily.com.tw/appledaily/article/internatio nal/20141108/36195514/ • http://www.thenewslens.com/post/28984/ •