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圖解你我應了解的核能與核電

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內容簡介

核電 ≠ 核能
第一本核能工程專家對核能原理、應用與核電問題的分析專書。

  簡單易懂的文字與圖表,讓你快速了解核能、核電、核武的原理、世界各國發展核電的歷史與現況,並清晰解說核輻射對人類環境造成的問題、為什麼需要廢除核電廠、核廢料又該如何處理。解讀核電真相、認識核能應用的最完整專書。

  核四電廠的問題近年在台灣吵得沸沸揚揚,究竟擁核者說得對,還是反核者有理?

  如果核電廠有害,那為什麼世界上還有那麼多國家在使用?是否只要正常使用,核電廠就沒有安全疑慮?但從美國三哩島核災、車諾比核災、福島核災事件來看,理論上安全確實等於實質上安全嗎?

  本書作者賀立維教授是核子工程博士,並曾任職於台灣原子能核能研究所,他以專業角度說明核電廠的問題,分析台灣核電廠的環境及隱憂,並說明世界各國核電廠現況;同時解答普羅大眾的疑惑,例如,停建核四,五年後台灣就會缺電嗎?沒有了核電廠,電價就會節節上漲嗎?台灣核一、核二、核三的核廢料目前處理實況與未來該如何處理?台灣一旦發生核災,我們該怎麼辦?所有專業客觀的分析與解答都在書中一一細述。

  什麼是核能?

  核能就是將可分裂的原子核打破時,由當中所發出的能量,又稱為核分裂能。在核分裂的過程中,會產生一百多種自然界不存在的元素,例如,碘131、鈽239等,都被稱作人造元素。碘131會使人類得到甲狀腺癌的機率提高很多。鈽239除了可以製造核武之外,也是一種毒性很強的物質,人們若是誤觸會立即死亡。

  核電的原理

  核電廠的工作原理,是利用鈾原料所製成的核燃料,放在反應爐內進行核分裂,核分裂時會產生大量的能量,這些能量可以使冷卻水產生高溫高壓的水蒸汽,水蒸氣就可以推動渦輪機來發出電力。

  核子反應爐會像原子彈一樣爆炸嗎?

  原子爐與原子彈爆炸的原因是不一樣的,但對人類與自然環境的危害卻不相上下。

  原子彈的爆炸是由於中子撞擊鈾235或鈽239的原子核,以不受控制的連鎖反應來發出巨大的能量,瞬間的震波會破壞城市和殺傷生命,而強烈的輻射塵會繼續的傷害人類與破壞環境達數十年之久。

  核子反應爐爆炸的原因,多半是由於冷卻系統出了問題,使得核燃料棒溫度急遽升高,大量失控的高溫高壓水蒸氣會與燃料棒的鋯合金護套作用產生氫氣;當濃度達到某種程度時,就會發生氫爆,將核電廠炸毀。此時燃料棒會熔毀,輻射物質會大量外洩造成大災難,它對人類與環境的傷害,也會達數十年甚至數百年之久。

作者簡介

賀立維

  美國愛荷華州立大學核子工學博士。就學時曾獲美國核能學會第十八屆學生論文競賽首獎;曾得到蔣經國總統召見,獲頒總統績學獎章。

  曾任職中山科學研究院、行政院原子能委員會核能研究所

  曾兼任國立清華大學、國立中央大學、國立陽明大學、國立高雄師範大學、中央警察大學

  著有《人體能量學的奧祕》、《與核共舞的覺醒》

  相關著作

  《人體能量學的奧祕》

 

詳細資料

  • ISBN:9789862724330
  • 叢書系列:科學新視野
  • 規格:平裝 / 208頁 / 15 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

核能的產生

核能就是當原子核被中子打破而分裂時,由原子核當中所發出的能量,又稱為核分裂能。

目前在自然界中被人類發現,能夠被分裂而產生能量的元素只有鈾235,它的原子序是92。鈾235與鈾238都是鈾的同位素,但它們的性質卻大不相同。鈾235可以被分裂用來做原子彈,或用來發電;鈾238就不行。

另一種可以被分裂的同位素,是經由鈾238吸收一個中子而產生的鈽239,它也被稱為人造元素,或超鈾元素。鈽239在大自然中是不存在的。

在一個核子設施中,當一個中子去撞擊一個鈾235或鈽239的原子核的時候,這個原子核會以某種機率被撞擊到而發生核裂變,就會釋放出一些新的中子以及很大的能量,這些能量就被稱為「原子能」,也就是我們一般俗稱的「核能」。所釋放出新的中子又會去撞擊其他鈾235或鈽239的原子核,又引起連續的裂變,這樣持續下去就叫做連鎖反應。

連鎖反應的結果會釋放出巨大的能量,被撞擊而破裂的原子核會變成質量較小的碎片,這些碎片會帶有強烈的放射性,就是帶有輻射能的同位素。這些同位素就是人見人怕的核廢料。

當原子彈爆炸或核電廠出事時,被釋放到大氣、海洋與土壤的放射性污染物,就是由這些分裂碎片所造成的。核災中或核電廠除役後,至今人們還無法處理的核廢料都是這些物質。

原子爐與原子彈的不同

原子核被擊碎後所產生的能量,可以用愛因斯坦的質能轉換公式來計算,這個公式就是大家所熟悉的E = MC2(能量 = 質量 × 光速2 )。

當發生核反應時,它所產生的能量E等於所被轉換的質量M,乘上光速C的平方。光速有多快呢?它一秒鐘可以跑三十萬公里,也就是在一秒鐘裡可以繞地球七圈半。其中轉換成能量而消失的質量M,大約是鈾235質量中的幾個百分點而已。

世界各地的核能發電廠就是使用這些能量來發電。核子潛水艇、核子航空母艦等等也都是依據同樣的理論。以同樣的質量來說,由原子核所發出的能量,會比化學反應或物質燃燒中所釋放的熱能,大了幾千幾萬倍。

可以發生核分裂的鈾235通常與不能發生核分裂的鈾238共同存在天然的鈾礦中,而它的比例相當低,只佔了百0.7%。若用一些高科技的濃縮方法,可以將它的濃度提升到2.5% ~ 4%左右,這就是用來做一般發電用核電廠的低濃縮鈾。若將它濃縮到90%以上,讓它瞬間爆炸開來,就是原子彈了。

將鈾235用濃縮的方法來提煉的話,技術與費用非常昂貴,不是一般國家所能負擔,而且有這種能力的大國,也不會輕易的將技術或設備賣給其他國家。這些有濃縮鈾的國家包含了英、美、法、德以及前蘇聯等核子大國。例如,伊朗總統阿瑪迪尼賈曾於2009年底宣布,將興建十座新濃縮鈾廠,並將研究加工處理濃縮鈾的計畫。對於這種明顯的挑釁舉動,西方核武大國就揚言將對伊朗施以各種的制裁行動。

另一種相對簡易的濃縮方法,就是以時間來換取空間。利用一種實驗用而不發電的重水式原子爐,經過長年累月的運轉,讓中子二十四小時不停的去撞擊含量較高的鈾238原子核。因為鈾238不會像鈾235一樣被分裂,但鈾238會吸收撞擊它的中子,而變成鈽239的同位素。鈽239跟鈾235一樣,是一種會被中子擊破而發生連鎖反應的核燃料,所以鈽239就可以成為原子彈或是原子爐的一種核燃料。

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