这几天持续高温,家家户户空调开足马力,城市的用电负荷又创了历史新高。当我们享受着电力带来的清凉时,有没有想过,这些电是从哪里来的?特别是那些由核电站发出的电,它们背后的能量来源,总是带着一层神秘的面纱。
很多人一听到“核电站”,脑海里浮现的可能是巨大的厂房、复杂的管道,还有那些充满科幻感的设备。但你可能完全想象不到,让这一切运转起来的核心燃料,用量却小得惊人。
一座百万千瓦级别的核电站,全力运转一天,发出来的电能够满足一座大中型城市数百万人的日常生活需求。而完成这一壮举,所需要的核燃料——铀-235,仅仅只有3公斤左右。
3公斤是什么概念?它大概相当于两瓶大一点的可乐的重量,或者是一台轻薄笔记本电脑的重量。是不是有点难以置信?用这么一点东西,就能产生如此巨大的能量?
但别急,事情并没有表面上看起来这么简单。我们所说的这“3公斤”,并不是从矿山里挖出来就直接能用的铀矿石,而是经过了极其复杂的提炼和加工过程后,得到的高纯度核燃料。
自然界中存在的铀,绝大部分是不能直接用于核电站发电的铀-238,而真正能产生裂变反应、释放巨大能量的铀-235,只占大约**0.7%。核电站使用的,是丰度(也就是浓度)提高到3%到5%**的“低浓缩铀”。
那么,为了得到一天发电所需的那3公斤铀-235,实际上需要多少天然铀矿石呢?我们可以简单算一笔账。
如果我们需要3公斤丰度为4%的低浓缩铀,那么这其中铀-235的重量就是3公斤。而要得到这3公斤的铀-235,我们需要处理的低浓缩铀总量就是3公斤除以4%,也就是75公斤。
这75公斤低浓缩铀又是从天然铀中提炼出来的。天然铀中铀-235的丰度只有0.7%,所以为了得到相当于75公斤低浓缩铀中所含的铀-235,我们实际上需要准备的天然铀原料大约是75公斤除以0.7%,结果接近10700公斤。
也就是说,为了让核电站运行一天,发电供给数百万家庭使用,背后需要消耗的天然铀原料大约是10吨。这样看来,是不是感觉合理多了?
然而,即便是10吨天然铀,与另一种我们熟悉的发电方式——燃煤发电相比,仍然显得微不足道。
你知道发出同样多的电,如果改用煤来烧,需要多少吗?一座百万千瓦的核电站,一天大约可以发电2400万度。同样的发电量,如果由现代化的燃煤电厂来完成,需要燃烧掉超过8000吨的高质量煤炭。
8000吨煤是什么概念?如果用每节车厢载重60吨的火车来运输,需要整整一列超过130节车厢的专列才能拉完。而核电站呢?它一天所需的核燃料,体积小到甚至可以装进一个普通的登机行李箱。
这种对比足以让人震撼。核能的能量密度,超出了我们日常经验的想象范围。正因为如此,核能发电在燃料运输、储存方面有着巨大的优势。不需要每天都有长长的火车隆隆驶来运送燃料,一座核电站换一次料可以连续运行一年甚至更久。
说到这里,可能很多人会关心两个后续的问题:安全和废料。
用了这些核燃料之后,产生的核废料怎么处理?会不会对环境造成长期危害?目前国际上通行的做法是对核废料进行玻璃固化处理,然后将其密封在特制的容器中,最终深埋于地下数百米深的稳定地质层中。这些处置库的设计标准极高,能够确保放射性物质与生物圈完全隔离数万年以上。
同时,科学家们一直在研究更先进的核废料处理技术。比如我国的“启明星”装置,就在探索如何将长寿命的核废料变成短寿命的,甚至重新利用起来。未来,核废料可能不再是“废料”,而是新的燃料。
关于安全性,现代核电站的设计已经考虑了各种极端情况。以我国自主研发的“华龙一号”为例,它采用了“能动与非能动相结合”的安全系统,即使遭遇外部电力全部中断,依靠重力、自然循环等自然规律,也能带走反应堆产生的热量,确保安全。
实际上,我国核电安全运营记录在全球范围内都属于先进水平。所有核电站周围的环境辐射监测数据都是公开透明的,随时接受公众监督。
在应对气候变化、实现“双碳”目标的今天,能源结构的转型变得尤为紧迫。风能、太阳能等可再生能源虽然清洁,但受天气影响大,供应不稳定。核能作为一种稳定、可靠、零碳排放的基荷能源,在我国能源战略中扮演着不可替代的角色。
从秦山核电的第一度电,到“华龙一号”走出国门,中国核电实现了从无到有、从弱到强的历史性跨越。这不仅仅是能源领域的成就,更是国家科技实力和综合国力的体现。
回过头来看,核电站一天的“食量”虽然背后的数字有不同层面的含义,但它清晰地告诉我们:核能是一种极为高效的能源形式。它用最小的物质消耗,换来了最巨大的能量回报。
了解了这些之后,不知道你是否对核电有了新的认识?当下次听到关于核电的讨论时,你可能会有更全面的视角和更深入的思考。欢迎在评论区分享你的看法,你是否支持在你的家乡附近建设核电站呢?