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春来树绿草青青 核电未来大光明 三代四代反应堆 高速发展事必行 节能减排人人有 应用核电是国情 福岛事件学教训 风雨过后是天晴
远程视频终端的同学们大家好，欢迎收看今天的绚丽核创新，今天我要给大家讲的题目是，“未来无限” 在前面的几讲中，我们已经相继介绍了和能在我们生活中的应用，其实啊，核能在我们生活中的应用，最大一块应用是应用核能去发电，说到这里啊，大家可能会想到核电站，有很多人对于核电站的工作原理其实并不了解，感觉核电站很神秘，其实我告诉大家，核电发电的原理跟火电差不多，通俗的来讲就是烧水，一提到烧水这个故事，大家马上就想到一个人，想到谁呢，想到一个叫瓦特的人，瓦特呀是十八世纪著名的发明家，他发明的蒸汽机，基本上我们中国的每一个小孩，在小的时候都听过这样的一个故事，说瓦特小的时候，有一天，他妈妈让瓦特去烧水，瓦特就接了一壶水，放到火炉上去烧，等水快烧开的时候，瓦特突然间发现，这个水烧开以后产生的蒸汽啊，冲击壶盖，壶盖就这么上上下下的运动，噗噗的响，瓦特这个时候，他就意识到，哎，要是把蒸汽的这个能量，我要是能够利用起来，是不是就能够制造一个机器，让这个机器对外做工呢，于是瓦特后来就研究出蒸汽机，但是非常倒霉的是因为瓦特烧水时尽看这个壶盖上下动弹时来着，他溜号了，这个水最后烧枯了，当时挨了他妈妈一顿揍，就是这么一个故事，基本上每一个中国的孩子都听过，但其实这个故事，并不是真的，这只是一种传闻，那么实际生活中的瓦特，是怎么样的一个人呢，瓦特这个人呐，他出生在一个中产阶级家庭，他的父亲是熟练的造船工人而且有一个属于自己的小船厂，他的日子过得虽然说不是很富裕，但是勉强得凑合过去，但是在瓦特17岁的那年，他的母亲去世了，这个时候呢，他爸爸船厂的生意也不是很好，家庭生活比较困难，迫于生计呢，瓦特只好去一个仪表厂里当学徒，他当学徒学了一年，学了一年以后他回到家里，就想开一家自己的修理铺，但是没有想到，即使是这样一个小小的愿望，在当时也是不能实现的，为什么呢，因为当时英国有个协会，叫什么协会呢，叫锤子协会，有人一听这个名字很有意思，说是什么叫锤子协会啊？就是当时英国啊，管理所有使用锤子的这些工匠这样的一个协会，就类似于现在的我们的质量监督局差不多，当时这个锤子协会啊，就跟瓦特说，说你不能开这个修理铺，为什么呀？，因为按照规定，只有学徒满七年你才有资格开属于自己的修理铺。所以说瓦特当时非常的说也开不了修理铺，自己也不能挣钱，一天生活还这么困难，怎么办呢？最后他找来找去啊，找来找去，终于在一家大学里头，这个大学呢同意瓦特在大学校园里头呢开一个小的修理铺，这个大学呢就是格拉斯哥大学，瓦特的这个修理铺跟我们现在许多大学中修鞋的那个小店差不多，当然瓦特当年在格拉斯哥大学不是修鞋，他是修什么东西呢，他是修蒸汽机，哎有人就不明白了，说不是说是瓦特发明了蒸汽机吗其实这样的说法并不准确，瓦特确切的来说，他是改良了蒸汽机，在瓦特那个时代，其实已经就有蒸汽机，是谁发明的呢，是牛可门，牛可门发明发明的这种蒸汽机被称为牛可门蒸汽机，他长什么样子呢，给大家看一副图片，大家看到这样一副图片，第一反应呢，就感觉这个东西确实不像我们通常意义上理解的蒸汽机它非常像什么东西呢，非常像农村用的压力器，所以说他这个东西非常笨重，当年呐瓦特就是负责修理牛可门蒸汽机，有这么一天，格拉斯哥大学的一台牛可门蒸汽机坏了，就让瓦特去修，瓦特在修理蒸汽机的过程当中，详细地研究了牛可门蒸汽机的构造，瓦特就发现，这牛可门蒸汽机啊，实在是太笨重了，有很多部分设计不合理，比如说，他这个蒸汽需要冷凝一次以后，才能持续的对外做功，这就大大的降低了牛可门蒸汽机的效率，经过维修以后，那台牛可门蒸汽机勉强可以工作了，但这个时候瓦特就诞生了一种念头，说我能不能设计一种新型的蒸汽机，比这个牛可门蒸汽机还要方便还要便捷，而且节省能源，于是瓦特就开始着手设计，因为有牛可门蒸汽机做为设计的原型，自己又有一定的工程经验，所以说瓦特很快就设计出了自己的蒸汽机，这就是后来闻名世界的瓦特蒸汽机，瓦特蒸汽机呢跟牛可门蒸汽机有一个非常大的不同，就是瓦特呢把冷凝器分离了出来，什么冷凝器啊，我们都知道，蒸汽呢它是气体，那么蒸汽，想要再一次打回到锅炉当中加热，锅炉大家都知道，里面加热的是水，那么怎么样把气体变成水呢，就需要有一个比较冷的东西，这个冷的东西呢，给蒸汽降温，把蒸汽变成水，这样一的个设备就叫做蒸汽机，瓦特正式把中冷凝器从蒸汽机中分离出来变成了独立的一个设备，所以说瓦特蒸汽机的效率就比较高了，跟牛可门蒸汽机相比也比较方便，当年瓦特发明完蒸汽机以后，并不像许多人认为的那样他挣了很多钱，他刚开始的事业一帆风顺，其实并不是这样，瓦特发明完蒸汽机以后啊，其实他也非常纠结，为什么，蒸气机在当时是一个庞然大物，而且是一个新东西，新产品，要想把蒸汽机加工出来，是非常非常困难，当时没有所谓的工程师，加工蒸汽机的都是什么人呢，都是当时的铁匠，铁匠打铁啊，也不是很精确，叮当叮当，比如说瓦特设计的这个构件它是那个样子的，结果呢，铁匠打出来以后呢就变成了这个样子，多多少少都有一些缺点，所以说组装到一起呢，这个蒸汽机有的时候就不能运转，瓦特当时就对于这些问题非常头疼，往往做一个构架，就要做好几次才能把它做成形，而且瓦特在设计蒸汽机的时候呢，设计到最后的时候，他发现自己没钱了，因为大家想蒸汽机啊，这些东西都是铁制的构件，这些都是非常耗钱的，瓦特怎么办呢，他就去游说大的资本家，大企业家，让他们给自己掏钱，瓦特这个蒸汽机费钱到什么程度，他把其中一位企业家都给拖垮了，企业都给托破产了，瓦特到了后期，因为自己的生活比较拮据，他被迫找了一份兼职工作，测量运河去了，当了运河的测量员，但是难能可贵的是，瓦特把蒸汽机的研究一直延续到了最后，最后人们终于发现瓦特的蒸汽机呢非常的先进，能后提供大量的动力，于是瓦特的蒸汽机在后来就开始到全英国和全世界的普及，瓦特从中也获得了丰厚的利润，瓦特发明蒸汽机是划时代的，为什么呢？瓦特开创了一个新的时代，因为在瓦特之前呢，人们获取能源的方式无外乎就这么几种，第一种是人力，第二种是畜力，牲口，用马呀，用牛啊，用羊啊，用驴啊，用骡子啊，比如说像驴拉磨，或者是什么啊，像荷兰人用风车提水等等，但是这些能源都不是非常的方便，也不是非常持久，瓦特发明了蒸汽机以后解放人类，尤其哇这个蒸汽机可以提供大量的动力，这就促使工厂从原来的小作坊变成了大工厂，可以生产许许多多的产品，促进了资本主义的发展，瓦特发明完蒸汽机以后，大家一看蒸汽机这么好，于是就有许许多多的工程师，科学家怎么样把蒸汽机运用到各个领域，其中就有我们前面讲过的富尔顿，富尔顿把这个这个蒸汽机装到了船上，就发明了我们现代意义上的轮船，但是他这个轮船比较原始，后来他就拿着自己设计的轮船找到拿破仑，希望拿破仑能够买自己的轮船，去征服英国，但是最后拿破仑没有听他的，除了富尔顿以外，我们还需要讲一个人，这个人叫做史蒂芬逊，史蒂芬逊这个人大家可能不太了解有许多人可能没有听过他的名字，但是史蒂芬
逊发明了一个东西，这个东西一直存留到现在还依然在被人们使用，这是什么呢，这就是火车，当然史蒂芬逊发明的火车跟现在的火车已经有非常大的不同了，他是火车的创造者，他当时就是把蒸汽机装到了车上，这个车当时就是在轨道上运行，为什么叫火车呢，说起来有一段非常有趣的故事，史蒂芬逊这个大家伙刚刚发明时候，其实并没有名字，他邀请了许许多多人来参观自己的新发明，然后他再把蒸汽机电燃火，大家就看着这个蒸汽机高速的运转，带动了车轮的运转，然后来呢这个庞然大物就开始往前开，发出哄哄的轰鸣声，并且人们看到从烟里冒出黑烟，炉膛中还闪着火光，还产生大量的蒸汽，尤其是这个烟雾太浓了，沿途的树叶都被烤焦了，于是人们就说，你看着东西，又冒烟又冒火，还冒汽，像什么，干脆就叫火车吧。于是火车就有名字了。一直被沿用到今天，在史蒂芬逊之后有一位的瑞典的发明家，这名发明家叫做拉瓦尔。非常德遗憾，拉瓦尔留给人们的音像资料很少，我们甚至找不到他一张他像样的照片。
用它来生产一些有趣的玩具，并没有考虑到实际的工业设计，我们火电站的发电原理，什么是化石能源呢，就是石油煤，天然气等等，火电站用的是煤，火电站燃煤呢，它用煤干嘛呢，大家都知道，火电站用煤烧锅炉，锅炉是什么啊？和我们家烧水一样，用煤燃烧产生的热量，把锅炉里面的水烧开，水烧开以后就产生什么呢？产生蒸汽，它就用这个蒸汽来推动汽轮机，让汽轮机转动，就跟走马灯的原理一样，这个汽轮机一转动，就带动后面的发电机产生电能，那么蒸汽推动完汽轮机以后，从汽轮机排出的蒸汽，我们给它起一个名字，叫做乏汽，乏汽这个词其实很好理解，非常非常的生动，大家都知道什么是乏，我们生活中有个词叫做乏力，乏力，说这个人乏力，哎呀，没劲儿，没有力量，蒸汽也是这样，没有力量的蒸汽，乏汽经过冷凝器，冷凝成水，然后再通过一个泵再打回到锅炉中，在锅炉中重新烧开产生蒸汽，蒸汽再推动汽轮机，然后在经过冷凝器，再变成水，然后再回到锅炉中，再在锅炉中烧开，反复地循环形成这样的一个过程，这就是火电站发电最简单的一个原理。那核电站发电与火电站发电又有什么不同，核电站少的并不是煤，而是什么啊，核原料。核电站就是利用核原料产生的热量把水烧开产生蒸汽。说到这里有人会问啦，这核裂变会产生放射性物质，那用这蒸汽去推动这汽轮机是不是很危险啊，哎的确这是很危险，因为这蒸汽里可能含有放射性，这种放射性蒸汽一旦泄露到外面就很危险，那人们怎么办呢，人们就设计了反应堆。这反应堆的名字就叫做压水堆。压水堆巧妙的设计了两个回路，来避免这种事情。那么压水堆的结构是怎么样的呢。我们一起来看一看这个模型。现在给大家展示的呢就是主冷却系统。现在看到的这个模型的外壳了就是压力容器。他是钢制的，在这压力容器之中就有反应堆的堆星啦。大家看这个部分，这个部分就是我们以前讲过的原料组件，为了控制反应堆呢我们需要一条控制棒，控制棒实际就是用控制中子从而达到控制链式核裂变反应堆的。控制棒的上面就是控制棒驱动机构来指挥做一系列动作。比喻说插入反应堆，从反应堆中提出等。现在我们看到这个部分是反应堆，大家看看这个设备，我们在反应堆中叫做主棒阀。这个主棒的工作目的呢就是让反应堆冷却系统中的冷却剂流动起来。这主棒向反应堆中输送冷水，冷水流入反应堆中受到链式裂变的加热变成了热水，这热水输送到这样的容器当中，这个容器叫做蒸汽发生器，大家看到这蒸汽发生器非常非常的高大。这蒸汽发生器的内部有一个u型管。我们在前面讲过反应堆在裂变过程中有大量的反射性物质产生，所以说这样的热水中也有反射性的物质，这样的热水是不能直接用于推动汽轮机的，所以我们就设计了这样一个的设备，蒸汽发生器。蒸汽发生器有一个u型管，我们一回路产生的热水流经u型管中，同时蒸汽发生器还具有二次册，向二次侧中打入冷水，这个冷水受到u型管中的热水加热，变成蒸汽，然后就用这部分蒸汽来推动汽轮机。汽轮机的转动带动发电机的转动，这样就可以输出电能。大家继续往后看，大家看到的这个设备就是稳压器，它主要的作用是什么呢，大家都知道在反应堆冷却系统中走的都是水，那么就存在一个问题，要维持这个系统的稳定就要一个稳定的压力。那压力不能有太大的波动，因为如果压力过高，会导致堆破裂，那么一些反射性的物质就会溢出来，如果冷却系统的压力比较低，那会出现一个什么样的情况呢。就会出现冷却剂沸腾，那么这个也是非常危险的，所以这个系统需要一个恒定的压力。怎么保持这样恒定的压力呢，我们就要使用稳压器来控制它的压力，稳压器的工作原理就是应用到性平衡和蒸汽的开压风信，以上就是核导的主要组成。那么蒸汽在蒸汽发生器中产生了以后，推动汽轮机的转动，汽轮机的转动带动电动机的转动，电动机就向外输出电能。那么以上就是我们核电当中常见的一回路和二回路的构成。
我们以前介绍过压水堆的系统，除了压水堆以外还有一个常见的核反应堆，那就是沸水堆，大家有可能想到福岛核电站，福岛核电站就是采用的沸水堆，那么沸水堆与压水堆有什么不同呢，沸水堆的思路比较简单直接，他跟火电站差不多，他想火电站是直接燃烧煤，煤把水烧开，然后用水的蒸汽推动汽轮机，那我直接把煤换成核原料。于是沸水堆与压水堆相比只有一个回路，他直接用核裂变产生的热量把水烧开，烧开的水产生蒸汽推动汽轮机转动然后通过冷凝打回到反应堆中，因此说沸水堆与压水堆在设计上就沸水堆不太安全，因为在之前讲过，压水堆有两个回路，一回路和二回路，有反射性的水在一回路当中运行的，他到不了二回路，也就是说推动汽轮机转动的蒸汽是二回路的水，他是没有反射性的水，而沸水堆产生的蒸汽本身有放射性，他要用放射性的蒸汽来推动汽轮机的转动这就要求密封要非常的严格，因为这样的蒸汽一旦泄露出处，他有放射性的，大家都知道气体是非常容易扩散的，这种反射性就容易随着气体的扩散而扩散。所以说沸水堆在建设当中一定要相当小心，这样相比来说沸水堆与压水堆优势就体现出来了，因为沸水堆少了一个回路，结构比较简单，大家从沸水堆的结构图中还可以看到并没有稳压器，所以沸水堆的建设就减少了大量的资金，非常适用这种比较看重经济利益的国家建设，那些国家看重经济利益啊，很显然那就是日本，因此沸水堆在日本是非常普及的，大家都知道我们中国每一个核电站采用沸水堆型，大家都是用比较安全的压水堆型，因此我国的核电站要比日本的核电站要安全。大家呢，大可放心。说完了沸水堆还有一种反应堆比较常见，这种反应堆叫重水堆。
