核反應爐 | 科學Online

核反應爐（Nuclear Reactor）─冷卻（Cooling）和反應率控制 (Reactivity control)

2011/07/20

核反應爐（Nuclear Reactor）─冷卻（Cooling）和反應率控制 (Reactivity control)
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 核反應爐與核武器最大的不同處？

2. 如何控制核反應速率？

核反應爐是一種啟動、控制並維持核裂變(Nuclear fission)或核融合(Nuclear fusion)反應的裝置。核反應爐與核武器最大的不同處是，核武爆炸瞬間所發生的是失控鏈式反應，但在反應爐之中，核變的速率可以得到精確的控制，其能量能夠以較慢的速度向外釋放，供人們利用。

核反應爐有許多用途，當前最重要的用途是產生熱能，用以代替其他燃料加熱水，產生蒸汽發電或驅動航空母艦等設施運轉。當前全部商業核反應爐都是來自核裂變的，其裂變產物可以生產核武器之中使用的鈽。

和傳統的熱電站一樣，核電廠也是通過蒸氣機驅動發電機發電（圖1）。但是在核電廠裡，熱能是由核裂變的碎片的反衝能轉化而來的。核反應爐內因具有衰變熱，核能電廠停機後仍須保持冷卻。

圖1：和傳統的火力電站一樣，核電廠也是通過蒸氣機驅動發電機發電。因具有衰變熱，核能電廠停機後仍須保持冷卻。（圖片來源：《核能發電概述》）

2011/07/20

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核反應爐分類（Classification of nuclear reactors）
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 比較常見的核反應爐是哪些？為什麼？

核反應爐有許多種不同的分類方法。

1. 按照核反應的類別
(1) 核裂變(Nuclear fission)：使用鈾和鈾的產品鈽作為燃料。其中又可分為：

使用熱中子（thermal neutrons）的熱反應爐（thermal reactors）：幾乎所有的反應爐都是這個類型。使用控制中子反應速率的中子慢化劑（neutron moderator）。而慢化劑往往也是冷卻劑（coolant），通常是水（重水或輕水）。
快中子反應爐（Fast neutron reactors），快中子增殖反應爐/快滋生反應器（Fast breeder reactor）。使用快中子來引發燃料的核裂變。利用快中子被可孕材料（如鈾-235、鈽-239）吸收而變成可裂材料（鈾-238），而產生自行製造核燃料的效果，製造燃料多於消耗燃料的，就稱為快滋生反應器。目前使用並不普遍，可見於早期蘇聯的海軍動力設備。

(2) 核融合 (Nuclear fusion)：使用氫氣作為燃料。目前還在實驗階段。

2. 按照反應爐慢化劑（neutron moderator）和冷卻劑（coolant）不同：

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