科技的先鋒: 核能發電

一、工作原理

核能發電在發電的模式上和火力發電非常相似，差別就在加熱水的方式不同，分別利用反應爐以及燒燃料。核能發電是利用鈾-235分裂反應所產生的能量來加熱水，接下來就跟火力一樣，把水加熱成蒸汽推動渦輪機旋轉發電。

核分裂過程的第一步是鈾-235原子受到中子撞擊，令原子核分裂成兩個較小的原子及數顆中子，新產生的中子跟著再撞擊和分裂出其他鈾-235原子，釋放出更多中子，因分裂會持續發生，結果形成一系列的核分裂連鎖反應。根據質能轉換，分裂出來的質量會比原本還小，所以不見的質量會轉換成能量。

二、鏈鎖反應

首先中子撞擊鈾-235，而核分裂成兩個較小的原子及數顆中子，大部分的中子都是以慢速行進，這種中子稱為「慢中子」。這種中子具有足夠的能量來分裂鈾-235。而部分「快中子」則會藉由水當作緩和劑，使快中子與氫原子碰撞多次後，能量會傳給氫原子而變成慢中子，然後再繼續核子連鎖反應。

三、核反應為何使用慢中子?

中子與原子核發生何種反應的機會與核種及中子行進的速度（或中子的動能）有關。在核工的領域，是用「反應截面」來代表某種核反應的機會。而慢中子的吸收截面較高，快中子的吸收截面較低，差了1000倍左右。所以快中子不易誘發核分裂反應。左圖為中子能量與反應截面的關係圖。

<--鈾–238核中子吸收截面與中子能量間的關係圖(吸收截面於快中子區較低，慢中子區較高，相差約1000倍)

四、Q and A

1.輕原子序的原子和重原子序的原子都可以進行核反應，但為何核能發電中採用重原子序的鈾原子進行核子反應？
因為重原子序比較容易進行核分裂，而輕原子序就可以考慮用核融合，不過現在技術還不成熟。

2.常用之重原子序原子的核分裂之原子序通常落在哪兩區？

核分裂大多都用較重的原子進行分裂，通常落在主錒系及次錒系元素。而大家較熟知的鈾就是主錒系元素

3.通常鈽239的核反應速率比U-235快很多，但為何一般的核能發電不用鈽239，而用鈾235？

一般核能發電不用鈽-239，主要是因為鈽-239是人造元素，是鈾-238原子核吸收一個中子後，經過二次γ衰變（即原子核釋出2個電子）成為鈽-239原子核，成本比較高。再者，鈽-239無論金屬狀態、氧化物或硝酸鹽，均可在數天或周內變成爆炸物，更是製造原子彈的材料，所以各國一定會嚴苛管制。還有一點就是它的毒性也是最強之一，增加工作的危險性。

五、核能發電廠內常用之U-235的核燃料束的結構和製造流程

燃料束是由60-90根燃料棒加上4-10根不等的水棒組成，而一個鋯合金做成的燃料棒裝填約380顆燃料丸，燃料丸是將鈾-235做成的二氧化鈾粉末，燒結而成，是一顆顆小圓柱體，方便裝填於燃料棒內。

它的製造流程，首先提取鈾礦石，經由冶鍊就會有所謂的黃餅。將其純化後，經過幾個步驟，逐步轉成六氟化鈾，以便於氣體離心機進行分離濃縮，因為六氟化鈾沸點不高，加熱後就是氣態，而且冷卻後就是結晶。再來通過氣體離心機，將天然鈾大約含0.7%鈾-235，逐步濃縮成4.5%左右。這些低濃縮鈾必須淨經過轉化再變成二氧化鈾，經燒結成二氧化鈾陶瓷，就會是所謂的燃料丸。

六、核電廠為什麼不會產生核爆？但會產生哪些危險問題?

一般無知的民眾會懼怕核電廠也跟原子彈一樣，害怕發生核爆。核能發電和原子彈的最大差別在於核能發電是用大約4.5%鈾-235含量來做連鎖反應，而且核電廠要求在人為環境下使連鎖反應穩定的進行，完全異於原子彈含90%鈾-235，在如此高濃度下，連鎖反應將以幾何級數進行，在極短時間內產生極大的能量。
核電廠最嚴重的事故就是由於冷卻水系統出問題導至爐心過熱而融化，這正是核能災變所發生的狀況。但不要忘記爐心一旦缺水，中子無法減速，連鎖反應立刻自動停止，所以爐心的餘熱是來自爐心放射性物質的衰變而不是由於連鎖反應所產生。
最近最嚴重的就是2011福島核災，因為海嘯造成冷卻系統停止運作，導致反應爐溫度過高、爐心熔毀、核洩漏，又發生了幾宗氫氣爆炸事件(這個不是核爆)。核電廠主要危險問題是輻射影響、放射性物質外洩、核廢料處理、冷凝用海水熱水排放等等。

七、核電廠的世代演進

二次世界大戰結束後，各種類型的反應器設計如雨後春筍般地出現。設計的種類主要分為快中子與熱（慢）中子反應器兩種。

經過初期的嘗試與發展，各國均將其反應器標準化，大量地興建，核工界稱當初示範型之反應器為一代核反應器，二代核反應器為標準化之核反應器。

第一代爐全部都是壓水反應爐，利用普通水作為冷卻劑和中子慢化劑。而第二代就不只有壓水反應爐，最為經典的還有沸水反應爐。

1979年的三哩島事故、與1986年車諾比災變對核工業的發展帶來極大的衝擊，除了法國、日本、與韓國仍積極興建核電廠外，其他國家的核能機組幾乎陷於停滯的狀況。在這個空窗期間，美國與歐洲的核子工程師痛定思痛，長時間詳細深入之密集討論後，將傳統式電廠的安全缺陷一一找出針對二代核反應器興建、維修、運轉及安全上的議題進行細部的改善，發展所謂的三代核反應器。

第三代核反應器包括先進的核燃料管理技術，更高的熱效率, 被動核安全系統，標準化設計，從而降低維護和投資成本。

第四代反應爐是一系列研究中的理論反應爐設計。新式反應爐有許多新的設計想法，希望能將同樣數量的核燃料多產出100至300倍的能量，而且更降低核廢料的半衰期時間。

八、台灣目前使用哪幾種核能發電方式?

台灣第一核能發電廠主要之蒸汽產生系統係採用美國奇異公司所承造之沸水式反應爐第4型。台灣第二核能發電廠主要之蒸汽產生系統係採用美國奇異公司所承造之沸水式反應爐第6型。台灣第三核能發電廠係採用美國西屋公司所承造之3迴路壓水式反應爐。前三個核能發電廠都是第二代核電廠。台灣第四核能發電廠反應爐為奇異公司與日立（奇異日立核能）合作設計日立製造之第三代核反應爐，進步型沸水式反應爐。

九、一般反核者的反核的原因、觀點和立場。

  看了眾多的反核人士的意見，簡單可統整成以下各點:       ()是我個人的觀點
(1)  核廢料貯存筒，是永恆不滅的毒物。唯有停用核電，才能停止增加貽禍萬年的核廢料。
(可是他們所懼怕的核廢料是因為它的放射性物質，它有它的半衰期，怎可能是永恆不滅。因此現在第四代正致力於減少半衰期的努力，像是新式反應爐的快反應爐則是能將長半衰期的錒系元素燒掉，減少核廢料。)
(2) 爭議多年的核四廠，因不斷追加預算、事故與弊案連連、工期延宕，已經失去人民信任。
(由於台灣的政治問題，我不多加討論，這個觀點我其實蠻同意的)
(3) 國際知名風險評估公司Maplecroft，指出台灣四座核電廠，是全球少數會同時遭逢地震、海嘯、洪水等三重威脅的廠址。
(海嘯就有點過了，與海岸線平行的海溝及斷層是形成超大海嘯的條件，台灣不像日本有平行的海溝，所以不會產生像日本般的大海嘯，況且台灣的核電廠的安全評估也是用日本發生過的大海嘯來預防的)
(4)   想要更乾淨、更永續的選擇。
(好想法，可是不實際，除非以後有更有效益的綠能發電，而且現在綠能發電才佔全部發電量的4%左右吧，現在的情況是廢核而反而要用更多在火力發電，反而更增加了污染)
(5)   為了可以實施公投。
(以後補充)