核能電廠怎麼發電
核能電廠怎麼發電
國立臺灣大學土木工程研究所鄒謹謙
發電機的工作原理
發電機是把動能或其他形式的能量轉化成電能的裝置,一般是先將各類一次能源(指自然界中存在的天然能源,如化石燃料、核燃料、太陽能、水力等)蘊藏的能量轉換為機械能,然後通過發電機轉換為電能,經輸電、配電網路送往各種用電場合。
發電機是運用「電磁感應」原理將動力所作的功轉換成電能的裝置,通常由線圈與磁鐵構成,利用各種動力(如水力、風力、蒸汽)使線圈在磁鐵的兩極間轉動;當線圈轉動時,線圈內的磁場改變,因此產生感應電流,示意圖如圖1所示。
核能發電的原理
核能電廠發電原理和水力、火力發電廠有共通點,就是設法使汽輪機轉動,汽輪機為一個帶有中心軸的扇葉,當流體(例如空氣、水及蒸汽)通過扇葉時會帶動整個中心軸開始轉動,進而帶動發電機切割磁場,將機械能轉變為電能。
核能發電廠所用的動力來源是靠核分裂所釋放出的能量將水煮開。圖2為一沸水式反應爐(Boiling Water Reactor)發電方式示意圖,反應器壓力槽(又稱爐心)中紅色部分代表反應器中的燃料棒,提供核分裂連鎖反應的原料。水在爐心被加熱為蒸汽,經由導管送至汽輪機,進而帶動發電機發電。蒸汽經過海水或其他降溫方式冷卻為水後,再度被注入爐心。
爐心是進行核分裂連鎖反應的地方,核分裂過程所釋放的能量主要來自燃料棒中的鈾-235元素分裂後損失的質量,分裂後的原子總值量較分裂前輕,這些減少的質量就是核能的來源。根據愛因斯坦提出的質能等價公式「E=mc²」(E焦耳,m質量,c:光速 m/s)可以知道,只要損失些微的質量就能釋出極大的能量。