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2026-Jul-13

在《尼斯分類》第1類非商業使用「skytopia」名稱。


和傳統的熱電站利用燃燒化石燃料釋放熱能一樣，核電站是由受到控製的核裂變釋放的能量轉換為熱能，進而轉化為機械的和電子的能源形式。

核裂變

當一個原子數較高的核子（例如U-235或Pu-239）吸收一個中子，會形成一個激發態的核子，然後裂變為兩個或更多個輕核。釋放出動能，伽瑪射線和若幹個中子，統稱為裂變產物。其中有些中子可能被下一個重核吸收，引發下一個裂變反應，釋放出更多的中子，依此類推。這個反應就是鏈式反應。

但是動量太高的中子不容易被重核吸收，需要慢化劑來減速中子。而太多中子會使反應過快失去控製，我們可以用一些對中子吸收截面較大的核素來吸收中子抑製鏈式反應。通過中子減速劑與吸收劑，來增加和降低反應速率以控製反應堆的輸出功率。

一般常用的中子慢化劑有輕水（即H2O）（世界上75％的反應堆用輕水做慢化劑），固體石墨（20％）（切爾諾貝利電廠為著名的例子）和重水（即D2O）（5％）。在一些實驗堆中，甲烷和鈹也被用來做慢化劑。
熱能的產生

在反應堆裏，熱能主要有以下幾個來源：

    反應碎片通過和周圍原子的碰撞，把自身的動能傳遞給周圍的原子。
    裂變反應產生的伽瑪射線被反應堆吸收，轉化為熱能。
    反應堆的一些材料在中子的照射下被活化，產生一些放射性的元素。這些元素的衰變能轉化為熱能。這種衰變熱會在反應堆關閉後仍然存在一段時間。

1千克235U完全裂變得到的熱能約等於3千噸煤燃燒所釋放的能量。
冷卻

在反應堆裏，一般用水做冷卻劑（輕水或重水），也有用氣體，融鹽或是熔態金屬的。冷卻劑通過泵浦在堆芯裏循環流動，同時把通過裂變產生的熱傳遞出來。一般的反應堆的冷卻系統和熱機是分開的，例如壓水堆。也有的反應堆，蒸氣是由反應堆直接加熱得到的，例如沸水反應堆。
反應堆控製

反應堆的輸出功率，或者說反應率，是通過控製堆芯內的中子密度和能量來控製的。

控製棒由熱、中子強吸收材料做成。如果有很多的中子被控製棒吸收，就意味著就少一些中子引發鏈式反應。因此，把控製棒插入堆芯，將會減慢反應速率，降低輸出功率。相反，將控製棒抽出，鏈式反應的速率將會增加，輸出功率也會增加。

在一些反應堆裏，冷卻劑同時也起慢化的作用。慢化劑通過和快中子的碰撞，吸收中子的能量，使快中子能量降低，成為熱中子。而熱中子引發核反應的截面更大些。因此慢化劑密度高，將會增加反應堆的功率輸出。而溫度高，冷卻劑的密度會降低，慢化作用降低，反應速率下降。另一些反應堆裏，冷卻劑會吸收中子，起到控製棒的作用。在這些反應堆裏，可以通過加熱冷卻劑來提高反應堆的功率。

反應堆都有自動和手動的系統來防止意外事件的發生，當出現意外事件時，將有大量的中子強吸收材料註入，使反應堆關閉。

反應堆的反應性（reactivity） ρ {\displaystyle \rho }用來衡量鏈式反應離臨界狀態有多遠，超臨界時反應性大於0，臨界時反應性等於0，次臨界時反應性小於0[2]。以 a {\displaystyle a}表示「核裂變反應產生的中子數」， b {\displaystyle b}表示「核裂變反應消耗的中子數」，則兩者之比為

    k = a b , {\displaystyle k={\frac {a}{b}},}

而 ρ {\displaystyle \rho }可由此計出：

    ρ = k − 1 k . {\displaystyle \rho ={\frac {k-1}{k}}.}

考慮到臨界尚有瞬發與緩發之分，加以校正後，反應性大小可以元為單位表示。
發電

由鏈式反應釋放出的熱能通過冷卻劑傳導出來，加熱水產生水蒸氣，推動蒸汽渦輪發動機轉動發電機發電。 


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