偶然看到這個：
大部分情況下，核電站這個東西大家都會覺得神秘。但如果細(xì)細(xì)的扳下手指頭算一下，核電站這東西在我們的國家早就不是稀罕玩意了。沒啥太神秘的。
根據(jù)W君手頭掌握的資料來看，我國目前的核電項目一共有111個，其中已經(jīng)運行的反應(yīng)堆有61個，在建的反應(yīng)堆有31個，籌建的反應(yīng)堆19個。
按照咱們核安全局發(fā)布的最新統(tǒng)計信息來看，我們國家已經(jīng)有1/20的電是由核電站生產(chǎn)。
所以說，“核電”這個東西早就融入了我們的生產(chǎn)生活中，并不是什么神秘的稀罕玩意了。
而且，還有一個大家不知道的事情就是像早期的秦山核電站那種幾百兆瓦發(fā)電量的反應(yīng)堆，我們早就停建了，現(xiàn)在新的反應(yīng)堆都是那種超過1000兆瓦發(fā)電量的大型堆。比較新的例如臺山核電站的幾個反應(yīng)堆，早就做到了1700兆瓦的發(fā)電量。
這樣的反應(yīng)堆，一個就相當(dāng)于秦山三個堆的發(fā)電量。
咱們就以臺山的反應(yīng)堆來做一個計算就好了，臺山用的是第三代壓水堆，叫做進(jìn)化動力反應(yīng)堆(Evolutionary Power Reactor)，法國的技術(shù)，因此也有人叫這種反應(yīng)堆為“歐洲堆”。
好處是不挑剔燃料，從5%的濃縮鈾到從乏燃料中回收的鈾，以及钚+鈾的混合氧化物燃料全都能吃，這樣一來大部分的核燃料都可以物盡其用，對資源的浪費極小。
咱們就以標(biāo)準(zhǔn)燃料5%的濃縮鈾來計算就好了。如果要計算反應(yīng)堆的鈾消耗量其實就知道反應(yīng)堆的三個功率就夠了，總熱功率、總電功率和凈電功率。其實，只需要知道總熱功率就夠，但為什么提三個功率呢？因為同樣的選題有人算錯過。
剛剛咱們提到的臺山的一個反應(yīng)堆有1750兆瓦的功率，這是這臺反應(yīng)堆及其配套系統(tǒng)的總電功率。我們要知道的是運行一個反應(yīng)堆及其周邊的設(shè)備也是需要電力供應(yīng)的，因此從反應(yīng)堆中發(fā)出來的電并不是都放到電網(wǎng)上供應(yīng)周邊的城市、居民、工廠使用，核電站還需要自留一部分供反應(yīng)堆來使用，這部分電就被計算在總電功率之內(nèi)了。除去了這些電，真正供應(yīng)到電網(wǎng)上的電量就是反應(yīng)堆的凈電功率（MW?）——電廠拿來賺錢的，每個反應(yīng)堆輸出的為1660兆瓦。有人會用這個來算鈾消耗量，這就會算得偏小了
其次，我們目前還不能依靠任何直接的手段從核裂變反應(yīng)中高效的獲取電能，還是需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，例如大家現(xiàn)在最常用的“燒開水”。因此衡量一個核反應(yīng)堆真正的輸出功率則是總熱功率（MW??），臺山一號機(jī)組和二號機(jī)組的 總熱功率為4590MW?? ，這個也很好理解就是核反應(yīng)的過程中反應(yīng)堆放出的了多少熱量。
既然是“燒開水”嘛，家里用的燃?xì)庠顚嶋H上也是用的熱功率。
通常家用燃?xì)庠畹淖畲鬅峁β剩ㄩ_最大火）為5.2KW??，所以算一下，我們就可以知道，一個4590MW??的核反應(yīng)堆相當(dāng)于（4590000?kW?? / 5.2 kW??) 同時點燃88.27萬個燃?xì)庠顮t頭一起燒開水的熱量。所以大家在規(guī)模上是不是就建立了直觀概念了？
沒有想象中的那么少，但也不會功率大到不可思議，這個功率大約就等于W君所在的天津，河?xùn)|區(qū)+和平區(qū)+河西區(qū)三個區(qū)的所有居民在中午一起約好了同時打開廚房爆炒魚香肉絲的總功率消耗。
那么知道了4590MW??這個數(shù)值后，我們就可以來計算每天反應(yīng)堆的大致燃料消耗量了。
4590 MW?? = 4590 × 10? W = 每秒產(chǎn)生 4.59 × 10? 焦耳（J）
一天有 86400 秒，所以：
每天總熱能 E = 4.59 × 10? J/s × 86400 s = 3.963 × 101? J
我們?nèi)〉湫秃肆炎兎磻?yīng)——一顆鈾-235 原子在裂變的時候平均能量釋放值為 200 MeV ≈ 3.2 × 10?11 J
每天發(fā)生的裂變事件數(shù) N = 總熱能 / 每次裂變釋放能量= 3.963 × 101? J ÷ 3.2 × 10?11 J ≈ 1.238 × 102? 次裂變
每摩爾鈾-235有阿伏伽德羅常數(shù)個原子：N? = 6.022 × 1023，所以，每天消耗的摩爾數(shù) = 1.238 × 102? ÷ 6.022 × 1023 ≈ 20.56 mol，帶入鈾-235的原子量: 20.56 mol × 235 g/mol ≈ 4.83 kg
計算可知道，每天消耗掉的鈾-235是 4.83kg。不過這里是純純的鈾-235的消耗量，在反應(yīng)堆中不可能使用100%的鈾-235，畢竟不是造原子彈嘛，按照堆燃料說明，這個堆適配的是5%的濃縮鈾，因此這個數(shù)要再除以5%，也就是乘20倍。總?cè)剂腺|(zhì)量 = 4.83 kg ÷ 5% ≈ 96.6 kg。
所以，每天消耗的鈾為96.6公斤。不過，對于核電站這個東西，其實還是有一定的能量損耗的，通常會定一個94%的系數(shù)，所以這樣估算就是102公斤，有一點小差別，但不會是數(shù)量級的差距。
而且要知道的是——核電站的反應(yīng)堆并不是像鍋爐一樣直接鏟煤進(jìn)去的，而是要適配燃料顆粒
這個東西叫做燃料芯塊，主要為了適應(yīng)核反應(yīng)堆中的燃料棒的。通常，大量的燃料芯塊會裝入燃料棒中。每顆燃料芯塊的直徑大約是8毫米多一點，高度為10毫米。除了二氧化鈾之外還需要加入碳化硅、氧化鋇、石墨等成形、潤滑和穩(wěn)定材料，通常每顆燃料芯塊的重量為6克左右。真正可以裂變的鈾-235大約的含量在0.25克左右。
所以如果計算每天消耗的燃料芯塊數(shù)量約為19000多塊，但是要注意的一點是核電站的燃料都是裝在燃料棒中的，并不是按次序直接“燒”完，而是每種不同設(shè)計的燃料棒以及燃料芯塊都有一個兩年內(nèi)反應(yīng)度的指標(biāo)，一般的情況下會定在85%左右。也就是說每個燃料芯塊兩年的時間內(nèi)要反應(yīng)85%的燃料，這才算反應(yīng)的比較充分。
所以，根本沒有人真正的去計算一天到底消耗量多少燃料芯塊，而是在測定反應(yīng)堆輸出功率穩(wěn)定性的前提下12-24個月統(tǒng)一的對反應(yīng)堆內(nèi)的燃料棒進(jìn)行更換。
那么最后一定有人問 換一次燃料要花多少錢是吧？1.5億人民幣左右，但對于一年發(fā)電量幾十億度的電站來說，這點錢真不算多。
怎么樣？沒有驚掉下巴吧？
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