核電  列印本頁
 
圖 1   在廣東大亞灣核電站內,鈾原子核的分裂產生能量。照片來源﹕中華電力廣東核電站網頁
圖 2   原子的中心是一個極小的原子核,由中子和質子組成,外圍是在軌道上繞著原子核運動的電子。

核能、煤和天然氣是香港三種主要用作發電的能源。

燃燒化石燃料 — 例如煤或天然氣等,能釋放化學能。化學能是原子之間交換電子或共用電子時所涉及的能量改變。核能是不同的,它涉及的不是原子中的電子而是原子核。例如在核電站中,核能便是來自鈾原子核的分裂。要明白核能跟化學能的不同,首先要了解原子的結構。


原子的結構

右圖是原子的示意圖,中心的結構是原子核,外圍的是電子。原子核由中子和質子組成的。電子繞著原子核運行。在化學反應中,兩個或多個原子會交換電子或共用電子,所涉及的能量稱為化學能。另一方面,在核反應中,原子核會分裂或融合,所涉及的能量便稱為核能。核能通常比化學能大得多。


核電

廣東大亞灣核電站利用核能產生電。核能從一種稱為鈾的重元素的原子核中釋放出來。傳統發電站消耗的是化石燃料,而核電站所消耗的卻是鈾。

在釋放能量的過程中,核電站中的鈾原子核到底發生甚麼事情呢?當一個鈾原子核被一顆中子碰撞時,鈾原子核會分裂成兩個較輕的原子核,同時釋放出能量,以及兩顆或三顆中子。這些釋放出來的中子跟其他鈾原子核碰撞時便會引發更多的分裂,產生更多的能量。這連續的分裂的過程稱為鏈式反應,能產生大量能量。下圖顯示了鈾原子核的鏈式反應。

圖 3   鈾原子核的鏈式反應

核電站分為兩個主要部份,稱為核島和常規島。位於核島內的反應堆是由集合在一起,裝著核燃料的密封燃料棒所組成。在反應堆內核能轉換為熱能,使水加熱為蒸汽。蒸汽在常規島內推動發電機,使熱能轉換為電能。以下動畫顯示核電廠的內部結構。

Flash 動畫:核電廠


安全

裂變過程產生放射性物質,可能影響人們的健康。為保障我們的健康和保護環境,政府和核電站的負責人付出很大的努力,以保障核電站在最安全的情況下運作。

核電站在設計上包括了很多安全設施,例如利用很厚的屏障來阻止放射性物質和輻射的洩漏。核島被 90 cm 厚的混凝土外殼包圍著,外殼的內層加了鋼板。而反應堆更被 20 cm 厚的鋼外殼包著。反應堆的狀況被許多獨立的儀器監控著。核電站設計的原則是,一但出現了故障,系統便會使它達致安全的狀況。

 
圖 4   京士柏的輻射實驗室監察香港的環境輻射。照片來源﹕香港天文台網頁

香港天文台成立環境輻射監測計劃,以監察我們的環境,確保不受廣東大亞灣核電站運作的影響。

活動:參觀天文台

核電與環境

現代化石燃料的消耗率極高,使用核能有助節省化石燃料。再者,燃燒化石燃料釋放污染物如二氧化硫,氮氧化物和二氧化碳。某些污染物必需在排氣裝置中除去,以免影響我們的環境。核電廠則不會排放這類污染物。

核電廠產生放射性廢物和放射性很高的「乏燃料」(使用後的核燃料)。雖然核電所產生的廢物比其他傳統的發電方法少得多,但我們仍必需妥善處理和隔離這些放射性廢料以保護環境。在廣東大亞灣核電站中,「乏燃料」被收藏在核電站內的燃料水池中,直至其輻射水平降低才可以運送離開。只要能夠妥善隔離放射性廢料,核電確是一種比化石燃料更為清潔的能源。

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