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核反应堆通过分裂铀原子来产生和控制能量的释放。以铀为燃料的核能是一种清洁而有效的方式，可以将水煮沸来制造驱动涡轮发电机的蒸汽。除了反应堆本身，核电站和大多数燃煤或燃气发电站一样工作。

反应堆堆芯

数百个包含数千个陶瓷铀氧化物燃料小球的燃料组件构成了反应堆的核心。对于一个产量为1000兆瓦的反应堆，堆芯含有大约75吨浓缩铀。

在反应堆核心，铀-235同位素裂变，在一个称为链式反应的连续过程中产生大量热量。这一过程取决于水或石墨等慢化剂的存在，并受到完全控制。慢化剂减缓铀原子核裂变产生的中子，使它们继续产生更多的裂变。



铀-235原子裂变的两个例子

反应堆堆芯中的一些铀-238被转化为钚，其中大约一半也被类似地裂变，提供了反应堆大约三分之一的能量输出。裂变产物保留在陶瓷燃料中，经历放射性衰变，释放出更多的热量。它们是这个过程中的主要废物。反应堆堆芯位于钢制压力容器内，因此即使在超过320℃的工作温度下，其周围的水也保持液态。蒸汽在反应堆堆芯上方或单独的压力容器中形成，这驱动涡轮机发电。然后蒸汽被冷凝，水被循环利用。

常见类型的反应堆堆型

压水堆示意图

压水反应堆其一次冷却/传热回路中有水，二次回路中产生蒸汽。现在并不太流行的沸水反应堆在反应堆堆芯上方的主回路中产生蒸汽。两种类型都使用水作为冷却剂和缓和剂来减缓中子。为了保持高效的反应堆性能，大约三分之一或一半的用过的燃料每年或两年被移走，用新鲜燃料代替。

压力容器和任何蒸汽发生器都装在一个巨大的安全壳结构中，其钢筋混凝土厚度约为1.2米。这是为了在反应堆内部出现重大问题时保护邻居，并保护反应堆免受外部攻击。因为即使在反应堆关闭后，放射性衰变也会产生一些热量，所以提供冷却系统来除去这些热量以及主要的运行热量输出。

核能对全球电力供应的贡献

核能提供了大约10%的世界电力。如今，31个国家使用核能发电，发电量高达四分之三，其中相当一部分国家四分之一至三分之一的电力依赖核能。自20世纪50年代以来，全球454座核反应堆积累了17000多年的反应堆运行经验(为军舰提供动力的核反应堆也积累了类似的数量)。

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