請問為什麼產生核能的機器不會溶化? - 生活

By Mia
at 2010-09-30T00:00

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請問為什麼產生核能的機器不會溶化?
照理說內部應該是接近太陽的高溫
一般的鐵類鋼類鈦類是沒辦法撐住的
那到底是用了什麼材質才能撐住近萬度的高溫
這有點類似電影蜘蛛人2中的核能反應
有大大知道其中的奧妙嗎 ?

All Comments

By Candice
at 2010-10-03T22:58

我想這個問題很有趣，而且大家小時候可能都作過類似的實驗
我記得有兩個實驗，
一個是把手帕包著銅板拿去用打火機燒，
另一個是用紙做的盒子裝水放到蠟燭上去燒，
手帕跟紙都不會起火。
原因是因為當火燒到紙或手帕時，很快就傳到銅板及水中
因此紙與手帕的溫度皆未達到燃燒的溫度
原子爐也是一樣。
我們可以利用一些回饋機制控制核反應的速率
並且控制冷卻劑(水、氦氣、二氧化碳或液態金屬)的溫度、流量
讓燃料丸中產生的熱能能夠被帶走
達到熱平衡(帶走熱的速率等於熱產生速率)
那就可以控制冷卻劑、燃料護套及燃料丸的溫度
一般來說，燃料丸是UO2，是像陶瓷一樣的材質，很耐高溫
燃料護套則是鋯合金(Zr合金，因為鋯不會吃中子)，熔點約攝氏2200，
所以我們只要控制核反應速率、
降低冷卻劑的溫度、增加冷卻劑的流量
就可以控制燃料護套的溫度，避免燃料護套熔毀。
目前都是將護套溫度控制在一千度以下，離熔點還有一段距離。
至於爐心是由核能級不鏽鋼304製成，
厚度與強度必須耐得住40年運轉的中子照射與冷卻劑腐蝕。
另外一點，太陽中心是核融合，由兩個氫(或氘、氚)融合成一個氦
與原子彈、核能發電的核分裂，由超重金屬鈾、鈽分裂釋放的能量
是兩種完全不同的機制。
核融合的產生取決於溫度(粒子能量)，必須要上億度才會發生
而核分裂則是有中子就會發生，取決於中子的增殖率
核融合才會有材質無法耐熱的問題，
因此先前核融合發電的概念有兩種，
一種是利用電磁場控制燃料(氫原子核)在環狀空轉中高速繞行加速
有點類似迴旋加速器，並控制燃料不要與反應器壁接觸。
另外一種是利用高能雷射聚焦一點產生超高溫，激發核融合
技術是有，但是發電成本仍離商用有相當大的一段距離。

By Jessica
at 2010-10-02T11:28

你把核能廠想成原子彈了.
其實核能反應器最高溫的燃料棒(直徑約1公分),
其中心溫度大約只有1000度C,
由於UO2(核燃料)的熱傳導係數極低,
傳到燃料棒外圈時,溫度大約剩下600度C.
因此燃料棒一般使用鋯合金(Zircaloy)材質,
其熔點為1850度C,裕度已足夠.
核能反應器插了數百支的燃料棒外,
其餘就是水.這些水是用來帶走熱量的.
水溫也不高,只有約300度C.
所以反應器的材質用的是碳鋼(可算是最便宜的金屬材料了!)
不過因為要耐高壓(約170 atm),
所以反應器器壁厚度約20公分.

By Susan
at 2010-10-03T23:41

核融合是用線圈去控制住吧?

By Gary
at 2010-10-01T03:16

當然，核反應若不適當控制其反應速度，形成連鎖反應時，會像核彈爆炸般釀成巨災。
在核分裂反應爐中，常置入像輕水，重水，或石墨等做為核分裂反應減速的材料，吸收核分裂反應後多餘的中子數目，來控制核分裂反應的速度。
緊急時，還有控制棒的裝置，控制棒通常使用碳化硼，或金屬銀等作為材料，若將控制棒插入核反應爐的爐心處，可大量吸收中子數目，讓核分裂的反應終止。
因此核反應爐可以安全地用來發電，不用太擔心會發生意外。但若反應爐設計不良加上人為的疏忽，是有可能發生類似蘇聯的車諾比災變(至2005年約12萬人死亡)。
至於核融合反應到目前科學家還未找出有效的控制方法，讓核融合反應可以在適當的控制下替人類工作。想要在地面上製作小太陽，現代的技術還要再努力才行。
2010-10-04 12:52:25 補充：
維基百科上有一段：
"反應爐的裂變反應原理和原子彈的原理一樣，都是鏈式反應。但是在反應爐里，核子反應速率較慢" (我的專長不在核能因此藉維基說明)。
雖然反應爐在設計時都很小心計算溫度的大小與安全係數，但是一般沸水式輕水反應爐(各種反應爐都有相同的危險性在)中做為慢化劑(吸收多於的中子數目)的水(H2O)(也是冷卻劑)，若因人為或不可預期的因素出現大量不足時，還是會讓燃料棒出現異常高溫熔化，甚至於出現大家一直擔心的爐心溶化事件(美國三哩島事件)，若處置不當會造成相當大的公共安全危機。
2010-10-04 12:56:07 補充：
勘誤：
爐心溶化更正為爐心熔化
抱歉！

By Suhail Hany
at 2010-10-02T08:16

這問題問得很好
原因是我國使用的是輕水式反應爐，這也是廣為世界各國所採用的。
也就是用"水"去循環
答案在
http://wapp4.taipower.com.tw/nsis/Introduction.asp...
如果想要得到更清楚資訊
可直接用上述網頁詢問專業人員

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