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巨大能量—核能 報告人：沈維倫 學號：49912911 班級：自控三甲 目錄 原來核能就是原子能 說到核能就想到原子彈 核能如何運用？ 核能發電的歷史 動力堆與核能發電息息相關 個人對核能發電的想法 核能的正面效應 核能發電的負面衝擊 核廢料再利用之說法！ 結論 原來核能就是原子能 核能（英語：Nuclear energy），又稱原子能， 是由組成原子核的粒子之間發生的反應釋放出的能 量。 原子能比化學反應中釋放的熱能要大將近5千 萬倍：鈾核裂變的這種原子能釋放形式約為200， 000，000電子伏特（一種能量單位），而碳的燃 燒這種化學反應能量僅放出4．1電子伏特。 1905年，阿爾伯特·愛因斯坦提出狹義相對論，之 後作為推論，又提出質能方程E=mc²，（其中E= 能量，m=質量，c=光速常量）。自此核能得到科 學的解釋和開發利用。 說到核能就想到原子彈 原子彈是利用鈾和鈽等較容易裂變的重原子核在核裂變瞬間可 以發出巨大能量的原理而發生爆炸的。 鈾-235和鈈-239此類重原子核在中子的轟擊後，通常會分裂變 成兩個中等質量的核，同時再放出2到3個中子和200兆電子伏的 能量。在裂變中放出的中子，一些在裂變系統中損耗了，而一 些則繼續進行重核裂變（繼續轟擊重原子核）反應。只要在每 一次的核裂變中所裂變出的中子數平均多餘一個（即中子的增 值係數大於1），那麼核裂變即可以繼續進行，一次一次的反應 後，裂變出的中子總數以指數形式增長，而產生的能量也隨之 劇增。如果不加控制，最終，這個裂變系統會變為一個劇烈的 鏈式裂變反應。 在此類重核裂變反應中，系統可以在極短的時間內釋放出大量 的能量。 核能如何運用？ 經濟性以發電成本衡量。構成核能發電成本的因素很多，包括 基建投資費用，安全防護費用，核燃料費用，以及核電站退役 處理費用。核電發展初期，不僅基建投資費用貴，核燃料生產 過程複雜，需要龐大的設備，加上特殊的安全措施需要，核能 發電成本高於火電成本 1 倍以上。 到 60 年代，核能發電成本已接近火電成本。 到 80 年代，核電的成本已低於火電。 據美國 1984 年統計，核電成本為2.7 美分/千瓦時， 而燃煤的發電成本為 3.2 美分/千瓦時， 燃油發電成本為 6.9 美分/千瓦時。 核能發電的歷史 世界上第一座核電站－蘇聯奧布寧斯克核電站。 1954年，蘇聯建成世界上第一座裝機容量為5兆瓦(電)的核電站。 英，美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年，有5個國家建 成20座核電站，裝機容量 1279 兆瓦(電)。由於核濃縮技術的發展， 到 1966 年，核能發電的成本已低於火力發電的成本。 核能發電真正邁入實用階段。 1978 年全世界 22 個國家和地區，正在運行的30兆瓦(電)以上的核 電站反應堆已達200多座，總裝機容量已達107776兆瓦(電)。 80年代因化石能源短缺日益突出，核能發電的進展更快。 到1991年，全世界近30個國家和地區建成的核電機組為423套，總 容量為3.275億千瓦，其發電量佔全世界總發電量的約 16％。 中國大陸的核電起步較晚，80 年代才動工興建核電站。 中國自行設計建造的30萬千瓦秦山核電站在1991年底投入運行。 大亞灣核電站也在近期幾乎完工。 動力堆與核能發電息息相關 利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發電的 方式。它與火力發電極其相似。只是以核反應堆及 蒸汽發生器來代替火力發電的鍋爐﹐以核裂變能代 替礦物燃料的化學能。除沸水堆外﹐其他類型的動 力堆都是一迴路的冷卻劑通過堆心加熱﹐在蒸汽發 生器中將熱量傳給二迴路或三迴路的水﹐然後形成 蒸汽推動汽輪發電機。沸水堆則是一迴路的冷卻劑 通過堆心加熱變成70個大氣壓左右的飽和蒸汽﹐ 經汽水分離並乾燥後直接推動汽輪發電機。 個人對核能發電的想法 因為核能具有低炭足跡和極少量礦材超高電量的特性，在現代被 許多國家所採納。 其實地球上兩種無碳能源，核能就是其中之一，他不僅可減少炭 足跡，更無排放廢氣，可有效減緩地球溫室效應！而核能唯一的 耗材：鈾礦，開採十分精簡，更不受國際經濟局勢的影響，例如： 天然氣、石油等都受國際經濟波動而起伏甚大。核能反而造就電 價穩定的情形。電價穩定就有助於經濟發展。 若核能發電能加以改良升級，將有助於人類與地球和目共存。 因人類的發展電力，需求量是越來越大，那是必將興建更多發電 廠，決定興建發電廠的關鍵討論要素是預估發電成本，若就此來 看的話，如果能讓核能發電廠變得有競爭力，到了2050年，全球 的核能發電量可能會成為2000年的三倍。 讓我們來探究核能的優缺點！ 核能的正面效應 核能所需的鈾礦開採量比其他發電石油煤礦天然氣開採 量低很多。根據美國核管會 NUREG-1437 報告分析，比較化石燃料 與核能發電的採礦數量，每年需要開採 1,500 萬噸煤礦；或開採 1,036 萬噸石油；或 416 萬噸天然氣；但使用核能，只需要開採 1,290 噸鈾 礦。 燃料運輸風險最低。為維持與核電相同規模的火力電廠運轉，每 年需要 5 萬噸運煤船 300 船次、10 萬噸超級油輪 104 航次、3 萬噸 天然氣船 140 航次。 發電過程環境衝擊最小。外部成本結果證明核能是對環境衝擊最 小的主要發電方式，無論是健康傷害或環境污染。所有分析結論都證明： 核能在主要能源中外部成本最低，燃煤發電是核電的 10 倍以上、天然氣 發電也是核電的 4 倍。 核能的正面效應 氘和氚又可以從海水中取得，幾乎取之不盡。 生產電力時不會造成空氣污染，製造溫室效應。 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，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦 的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機 就可以完成運送。 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。 核能發電的負面衝擊 核廢料核廢料一經最終處置，如果因設計或操作不良而洩漏至環境，即 有可能經過食物鏈等生態作用而造成危害。另一方面，低強度核廢料其實 並不代表低危害性。美國在淺地陸埋低強度核廢料的歷史是十分惡 名昭彰。全國6個商業化運轉的最終掩埋場共有5個因為操作不良、 污染地下水、失火等原因被勒令關閉。其中，位於肯德基州的掩 埋場，更因為土壤及地下水受到放射性污染，於 1985 年被美國 環保署列為「超級基金場址」，約須數千萬美金才能整治除污。 另一方面，亦有許多文獻指出，低強度核廢料掩埋場中，放射性 元素在自然環境的遷移性往往比理論預估的要來得高，造成更大 潛在的威脅。 台灣缺乏這方面的設計或操作經驗，可能因此而避免外國早期的失 敗原因，但也可能因經驗不足而造成失敗。 核能發電的負面衝擊 輻射污染輻射對人體的健康效應，通常分為機率效應和確定效應兩大 類。當人體在短時間內接受劑量超過某一程度以上時，因為許多細胞死亡 或已無法修復，因而產生疲倦、噁心、嘔吐、皮膚紅斑、脫髮、血液中白 血球及淋巴球顯著減少等症狀。當接受劑量更高時，症狀的嚴重程度加大， 甚至死亡，這種情況稱為確定效應。 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。 核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。 核廢料再利用之說法！ 現實實例：位於法國洛曼地海岸的拉海格處理廠，擁有規模龐大 的設施，用以再處理核能電廠使用過之核廢料，提煉出中的鈽， 再製造新燃料。 用過的核廢料中含有鈽，可提煉新燃料。 缺點： 處理成本高，需要以特殊反應器燃燒這些鈽。 具有危險性。中天新聞》法國南部靠近亞維農（Avignon）的一 間核廢料處理場在當地時間周一上午起火爆炸，造成1死4傷，所 幸場內並無任何核子反應爐 。 結論 核能發電廠帶著超高的電量，減少了運輸上的炭足跡，也減少了 礦物的開採，且所需的氘和氚重海裡提鍊可說用之不懈，穩定的 電價更可代來世界經融穩定，發展穩定，無廢氣汙染更不辜負大 自然，但因為他本身的放射特性，破壞了土壤和生物，這是尤其 需要正視及改進的問題！若能改進解決放性物質和核廢料去處的 問題，像是核廢料再利用，製作成”鈽”等等，未來核能將是環 保高供電的第一趨勢。若未來再能解決人力管理成本，全部機械 智慧化，完整降低內外成本，那無庸置疑的，核能便是很好的選 擇。