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核电站电路

发布时间:2025-02-13 08:12:35

1. 电路中用电器消耗的电能究竟是什么转化来的

电路中用电器消耗的电能是由火力发电厂、水力发电站、太阳能发电厂、风力发电站,核电站等送来的电能。火力发电用的是煤燃烧带动蒸汽发电机,水力发电用的是蓄存的水带动水轮发电机,太阳能发电用的是硅晶板吸收阳光能量转化为电能,核电站用的是核能发电。

2. 什么是太空核电站

在太空建造核电站一直是人类的梦想,并为之进行了深入的研究。

太空核电站的基本原理就是将核反应堆装在卫星上,从而用它来提供重量轻、性能可靠、使用寿命长而成本低廉的供电装置。

在人造卫星上通常都装有各种电子设备,这其中包括电子计算机、自动控制装置、通信联络机构、电视摄像机和发送系统等,为此必须需要提供大量性能稳定可靠的电源。另外对于用来探测火星、木星等的星际航行器,则更需要这种供电装置了,因为它们所配备的电子设备就更多、更复杂,而且要求其使用寿命特别长,因为来回一次要历时几年甚至十几年。星际航行器要在那么长的时间内同地球上保持不断的通信联系,这就必须使这类飞行器上所用的电源容量特别大,工作性能安全可靠。

人造卫星和太空飞行器上最早所使用的电源是燃料电池。这种电池虽然工作性能稳定可靠,但成本高,使用寿命短,满足不了长期使用的要求。后来,科学家采用太阳能电池来代替燃料电池,虽然它克服燃料电池那些缺点,但当卫星(或太空飞行器)运行到地球背面或者处在月球上漫长的黑夜里时(1个“月球”相当于地球上的14个昼夜),或者向远离太阳的其他星球飞行时,太阳能电池就根本无法进行工作。

另外,太阳能电池还有其它许多缺点。当需要提供大容量的电能时,即便是在阳光充足的条件下使用,也往往难以得到满足。在某些特定情况下,由于需要的电能容量特别大,这就要求太阳能电池的集光板的面积大到上千平方米,显然这在太空飞行中是不可能办到的。经过几经研究,科学家们终于为人造卫星和太空飞行器找到了较为理想的电源——太空核反应堆。

其实,在采用核反应堆来作为太空飞行器和人造卫星的电源之前,曾广泛使用过核电池,至今在一些卫星和太空飞行器上仍还在使用这种电池。核电池的使用寿命一般可达5~10年,其电容量可达几十到上百瓦。然而,这样的电容量与太空核反应堆比较起来,就显得微乎其微了。

太空核反应堆的电容量相当高,一般为几百到几千瓦,有的甚至可高达上百万瓦。有了这种太空核反应堆,就能充分满足人造卫星和太空飞行器对电源的容量要求了。

从工作原理上来说,太空核反应堆与陆地上的核反应堆基本上是一样的,不同的是前者的体积较小,较为轻便。这种反应堆连同它的控制装置一起,才和一个2千克重的小西瓜差不多大。

太空核反应堆所用的核燃料是纯铀235。反应堆在运行中所产生的热能,通常是通过以下几种方式转换成电能:

一、将装有液态金属(如水银或钾钠合金)的管子从反应堆中通过,液态金属吸收热量后变成蒸气,以蒸气推动气轮发电机组进行发电。这种方式的优点是能量转换率高,可达30%;缺点是气轮发电机的转速很高,这在太空中无人维修的情况下,很难做到长期安全运行。因此这种办法目前还不能投入实际使用。

二、以热电偶的方式进行发电。由于不需要气轮机,所以结构简单,便于使用,可以长期稳定地进行发电。但热电偶的能量转换效率低,只有2%,绝大部分热量都浪费掉了。

三、以热离子换能法来进行能量转换,也就是利用热离子二极管来将热能转换成电能。先将热离子二极管的发射极(阴极)紧靠着核反应堆中的燃料元件。当核裂变反应产生的热量将发射极加热到1500~2000℃的高温时,发射极上的自由离子就具有足够的能量而飞出。这时二极管的集电极(阳极)便将离子收集起来。这样一来就在二极管的阳极和阴极之间形成了通路(电路)。

专家们认为,太空核反应堆是未来用于考察和开采月球矿藏的最理想电源。到时人造卫星和太空飞行器上的电源问题将不再是人类的难题。

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