核裂变产生的能量能否直接转换为电能?

来源：学生作业帮编辑：作业帮分类：物理作业时间：2024/05/10 14:05:06

核裂变产生的能量能否直接转换为电能?
核裂变产生的能量能否通过光伏发电的方式直接转化为电能?现在的核反应堆是核能——热能——电能,能否实现核能直接转化为电能?

回答是不可能!
首先,你要明白核反应是怎么回事,对于裂变堆,核燃料(铀或铀的氧化物)在反应堆里被中子照射,发生诱发裂变,铀原子【不一定是铀-235,对于快堆,由于中子没有被慢化,所以可以诱发铀-238裂变,当然,还有烧钚-239的反应堆.】
裂变的核碎片具有动能,这是核衰变能转化为碎片动能,然后这些碎片撞击包壳,锆包壳(也有不锈钢等材料制造的包壳)发热……再然后经过传热介质,如水、二氧化碳或氦气,或者是金属钠等将热量导出,在二回路蒸发水,水蒸气推动汽轮机做功发电.当然,沸水堆没有二回路,直接一回路蒸发水做功,这样对反应堆压力容器要求相对较低,大概只需承受75个大气压即可(压水堆必须承受150个大气压.),不过沸水堆直接和放射性物质接触,所以产生的废水都带有放射性,废物量大,处理比较不容易.
这中间的能量转化过程是：核能(即衰变能)→动能(核裂变碎片)→内能→电能.
由于压水堆一回路不能存在蒸汽,所以热循环不能做到卡诺循环,只能是朗肯循环,热电转换效率超低,只有33%～39%左右,最大也不超过40%.而火电的热电转换效率则高达45%以上,这是因为使用卡诺循环的缘故.
★不过,目前有研究这条转化途径的：核能→动能→电能.其中的核电转化效率高达78%,不过目前正处于实验阶段,并没有用于商业运行.
其原理类似于磁流体发电,就是利用裂变碎片大多带电的性质,用磁场导出,在两磁极板上形成电压,从而发电.这条途径就是利用衰变能转化为碎片动能,然后直接转化到电能.
之所以只有78%的转化效率,是因为衰变能转化成的动能中,中微子等所携带的能量会遗失,因为中微子很小,与物质碰撞的几率也很小,基本上一个中微子平均要绕地球7圈以上才能撞到一个粒子.另外就是碎片中也有像中子那样的不带电粒子,故而效率不可能高达100%.不过,即使如此,78%的效率也是目前几乎难以想象的.(78%是理论值.)

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