核聚變發(fā)電需要用蒸汽輪機(jī)嗎？

問題描述：核聚變發(fā)電需要用蒸汽輪機(jī)嗎？核聚變發(fā)電會產(chǎn)生大量的廢熱嗎？需要像裂變發(fā)電那樣加熱水產(chǎn)生蒸汽推動輪機(jī)發(fā)電嗎，還是直接輸出電流？如果是這樣，核聚變真的是人類的未來，真正的清潔能源。

海淘網(wǎng)友：核電是清潔能源？

目前廣泛應(yīng)用的核電是核裂變反應(yīng)堆，之所以核電被稱為清潔能源是因為核電在運行過程中不會像火電廠排放溫室氣體如二氧化碳以及氮氧化物，一座1000兆瓦，也就是通常所說的百萬千瓦機(jī)組運行一年可以減少消耗煤炭約3百萬噸，少向大氣中排放二氧化硫2.5萬噸，少排放氮氧化物1.5萬噸，少排放灰塵32萬噸，減少二氧化碳排放量600萬噸。核裂變發(fā)電使用的核燃料通常為為低富集度的鈾燃料，有效裂變材料是鈾235，富集度百分之1到百分之五不等，與堆型以及所處的壽期循環(huán)有關(guān)。

核電被大眾爭議的地方：

上馬核電目前主要存在的爭議主要有以下兩點:

一、是如果發(fā)生核泄漏事故怎么辦？引發(fā)核泄漏包括人因失誤，設(shè)備故障，自然災(zāi)害等方面。這些在核電廠建設(shè)前，運行中主要關(guān)注的問題。

二、退役乏燃料的處理。在反應(yīng)堆運行過核燃料，稱為乏燃料，乏燃料不同于新燃料，新的燃料未經(jīng)過燃燒前抱著合影都沒問題，但是乏燃料的劑量卻非常大，乏燃料目前還沒有找到合適的處理方法，一臺百萬千瓦核電運行一年約產(chǎn)生30頓的核廢料，目前乏燃料通常是濕式貯存，即放在水池里面，因為水可以屏蔽中子。

核聚變受寵原因

優(yōu)點一、核聚變原料儲存量大，裂變用的鈾是礦產(chǎn)資源，有的國家比如日本是貧鈾國家，自己沒有鈾礦石，全靠進(jìn)口。大海里就有豐富的聚變所需的氘，據(jù)測算，每升海水中含有0.03克氘，聚變后可以提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量，地球上僅在海水中就有45萬億噸氘?？梢韵胂筮@就相當(dāng)于取之不盡用之不竭的能源，地球上可供核聚變的材料是可進(jìn)行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍。

優(yōu)點二，聚變不會產(chǎn)生高放射性廢物，對環(huán)境和人類沒有放射性危害。

聚變可以擺脫汽輪機(jī)發(fā)電嗎

目前世界上最先進(jìn)技術(shù)一般都是先應(yīng)用于國防上面，目前核動力航母仍在使用汽輪機(jī)，所以目前的科學(xué)水平還無法擺脫汽輪機(jī)，究其原因分析如下：

1，為了建立輻射防護(hù)屏障，安全運行，一般不采用有放射性的工質(zhì)直接推動機(jī)械動力設(shè)備，直接推動原動機(jī)的如現(xiàn)在的沸水堆，這樣一是增加機(jī)械設(shè)備的壽命，二是可以通過蒸汽發(fā)生器作為輻射防護(hù)屏障，隔離含放工質(zhì)和非含放工質(zhì)。目前沸水堆已經(jīng)不是核電發(fā)展主流，將逐漸淘汰。

2，通過蒸汽推動汽輪機(jī)易于控制。電網(wǎng)對電的品質(zhì)有嚴(yán)格要求，我國電網(wǎng)頻率為50赫茲，頻率直接與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，目前核電和火電機(jī)組轉(zhuǎn)速一般為1500轉(zhuǎn)或者3000轉(zhuǎn)，水電轉(zhuǎn)速低一些。為了提供符合頻率的電能，就要控制轉(zhuǎn)速，需要調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽量，這通過一個調(diào)節(jié)閥門就可以實現(xiàn)。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>核電站中無論是什么類型的堆芯結(jié)構(gòu)，都是利用核子發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放熱后加熱水，通過熱交換器后利用蒸汽推動蒸汽輪機(jī)做功將熱能轉(zhuǎn)換成動能，蒸汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)做功的裝置，所以不管反應(yīng)堆是最早的沸水堆還是目前主流的壓水堆亦或者是最新的高溫氣冷堆(基于壓水堆改進(jìn))，熱動能轉(zhuǎn)換原理都是一樣的，當(dāng)然不管是陸地的核電站還是核潛艇，核動力航母其動力裝置原理都一樣，只不過艦船用的功重比大很多。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>人類所掌握的發(fā)電技術(shù)有3種：

機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能：

英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)：閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，在導(dǎo)體上就會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能：

將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是原電池。

原電池是利用兩個電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢差,從而使電子的流動,產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡單說就即是不能重新儲存電力。

而現(xiàn)代科技還發(fā)明了燃料電池：

燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置,它是按電化學(xué)原理,即原電池工作原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,因而實際過程是氧化還原反應(yīng)。燃料電池主要由四部分組成,即陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。燃料氣和氧化氣分別由燃料電池的陽極和陰極通入。燃料氣在陽極上放出電子,電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子。離子在電場作用下,通過電解質(zhì)遷移到陽極上,與燃料氣反應(yīng),構(gòu)成回路,產(chǎn)生電流。同時,由于本身的電化學(xué)反應(yīng)以及電池的內(nèi)阻,燃料電池還會產(chǎn)生一定的熱量。電池的陰、陽兩極除傳導(dǎo)電子外,也作為氧化還原反應(yīng)的催化劑。當(dāng)燃料為碳?xì)浠衔飼r,陽極要求有更高的催化活性。陰、陽兩極通常為多孔結(jié)構(gòu),以便于反應(yīng)氣體的通入和產(chǎn)物排出。電解質(zhì)起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。為阻擋兩種氣體混合導(dǎo)致電池內(nèi)短路,電解質(zhì)通常為致密結(jié)構(gòu)。

光伏發(fā)電技術(shù)

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)目前原子能尚不能直接轉(zhuǎn)換電能

盡管很多國家都投入大量的精力去研究原子能，但目前尚未有原子能直接轉(zhuǎn)化為電能的相關(guān)裝置投入應(yīng)用。

所以要應(yīng)用原子能（核能）發(fā)電，需要在中間再經(jīng)過兩個能量轉(zhuǎn)化過程

核能→ 熱能→ 機(jī)械能→ 電能

水容易獲得，溫度有限，比熱高，氣化溫度低，所以選擇了采用水作為媒介。

氣動機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能其實是有多個選擇的。

1.活塞曲軸，又間歇直線運動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動。不連續(xù)性，兩個轉(zhuǎn)化過程損耗較大，效率低。

2.汽輪機(jī)，氣動機(jī)械能的直線運推動汽輪上均布的傾斜葉片，直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力。直接轉(zhuǎn)換成發(fā)電所需要的旋轉(zhuǎn)動能，效率交，而且旋轉(zhuǎn)摩擦較小，耐久性更高。

所以目前的技術(shù)選用汽輪推動來進(jìn)行核能發(fā)電，還是比較優(yōu)的方案。

以上內(nèi)容是本人根據(jù)經(jīng)驗，物理常識，網(wǎng)絡(luò)資料，綜合編輯的。難免有不當(dāng)?shù)牡胤?，希望大家多討論。另外科技不斷發(fā)展，過去的經(jīng)驗知識為未來的發(fā)展作鋪墊，絕不應(yīng)該應(yīng)為經(jīng)驗而放棄新的思想。科技的發(fā)展應(yīng)該大膽的想，細(xì)心的分析，耐心的驗證，虛心的接受失敗，強心的再站起來。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>如果“人造太陽”裝置終有一天被人類制造出來，那就肯定需要用到汽輪機(jī)了，當(dāng)然也同時采用磁流體發(fā)電。由于磁流體發(fā)電還不夠完美，這里僅論述另一種核能利用方式，（關(guān)于什么是磁流體發(fā)電請參看文末資料）。因為氫核聚變反應(yīng)時產(chǎn)生的能量需要對爐腔實施降溫，降溫產(chǎn)生的能量又無法直接推動發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)，這就必然需要一個中間能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)—汽輪機(jī)。其原理應(yīng)該是：在核聚變反應(yīng)爐內(nèi)埋設(shè)水管，聚變能加熱水管內(nèi)的水，水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機(jī)運轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)再帶動發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)發(fā)電。

不過，這個被稱作“托克馬克”的聚變裝置到底能不能最終建成并步入實用化，現(xiàn)在還不容過分樂觀。人類已經(jīng)知道，氫聚變反應(yīng)的一個重要條件，就是環(huán)境溫度要求達(dá)到一億度左右的高溫。如此高溫之下，按常規(guī)手段，人類已難以制造出滿足這樣的耐高溫容器。于是科學(xué)家們就采取磁約束手段實現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)。磁約束就是托克馬克核聚變裝置的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托克馬克的內(nèi)部就會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，將其中的氫等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。 聚變反應(yīng)時必須運用小規(guī)模的反應(yīng)通量，即通過控制核聚變?nèi)剂系募尤胨俣燃懊恳淮蔚募尤腚?、氚?shù)量，使核聚變反應(yīng)按照一定的規(guī)模連續(xù)或有節(jié)奏地進(jìn)行。因此，核聚變裝置中的氣體密度要求很低，才能實現(xiàn)持續(xù)可控的聚變反應(yīng)。并且在反應(yīng)過程中還要做到能效盈余，即能量的投入小，產(chǎn)出大才算成功。才能實現(xiàn)商業(yè)化運營。

附，資料來源。磁流體發(fā)電的原理：

磁流體發(fā)電中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運動都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，發(fā)生電離，結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體，等離子體整體不顯電性。將等離子體以超音速的速度噴射到一個加有強磁場的管道里面，等離子體中帶有正、負(fù)電荷的高速粒子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極板偏移，于是正負(fù)電荷累積在兩極板上并在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電路中就可以使用了。

磁流體發(fā)電的另一個好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個重要原因。利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中，對環(huán)境造成污染。

利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強度，就能提高發(fā)電機(jī)的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動裝置，就可以使發(fā)電機(jī)功率達(dá)到1000萬kW，這就滿足了一些需要大功率電力的場合。目前，中國，美國、印度、澳大利亞以及歐洲共同體等，都積極致力于這方面的研究。

磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動勢，輸出電功率的原理如上圖。

1959年，美國阿夫柯公司建造了第一臺磁流體發(fā)電機(jī)，功率為115kW。此后各國均有研究制造，美蘇聯(lián)合研制的磁流體發(fā)電機(jī)U－25B在1978年8月進(jìn)行了第四次試驗，氣體-等離子體流量為2～4kg/s，溫度為2950K，磁場為5T，輸出功率1300kW，共運行了50小時。目前許多國家正在研制百萬千瓦的利用超導(dǎo)磁體的磁流體發(fā)電機(jī)。

磁流體發(fā)電的缺點

現(xiàn)在磁流體發(fā)電機(jī)制造中的主要問題是霍爾效應(yīng)，目前只有10%。通道和電極的材料都要求耐高溫、耐堿腐蝕、耐化學(xué)燒蝕等，目前所用材料的壽命都比較短，因而磁流體發(fā)電機(jī)不能長時間運行。

注：上述磁流體發(fā)電原理和缺點的原文來源于百度。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>記得有個科學(xué)家說過，人類對能源的利用還停留在燒開水的程度?；痣姛_水 光伏雖然有太陽能板卻效率不及用鏡子反光燒水發(fā)電，地?zé)犭娬緹_水（或者別的液體氣體），就連核電都是燒開水。（只有風(fēng)電水電好像不在此列）

雖然目前并沒有商用核聚變發(fā)電項目成功，但是如果短期內(nèi)弄出了商用核聚變。應(yīng)該還是不外乎燒水 推蒸汽輪機(jī)。核聚變，核裂變一樣都是釋放出大量的熱，如果目前有成熟適合核聚變轉(zhuǎn)化電能的方法 也一樣可以用在現(xiàn)有的核電站上。而目前，核電站并沒有擺脫燒水發(fā)電的命運，可想而知 并沒有這種方法。

如果數(shù)十年后弄出聚變反應(yīng)堆 或許就有了不用燒水獲得電能的辦法。

現(xiàn)有技術(shù) 不燒水當(dāng)然也有辦法。比如把熱轉(zhuǎn)化為光能用太陽能板接受 或者用斯特林發(fā)動機(jī)吸取熱量運行。但是能效比 不如燒水來的快。

目前，核電站會產(chǎn)生大量的廢熱和核廢料 但是核電依然被稱為清潔能源，因為廢熱易處理，廢料處理后對環(huán)境影響小，比傳統(tǒng)火電清潔許多了。核聚變連核廢料都省了 即使還是燒水 也沒人敢說不是清潔能源。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>只要是通過熱能發(fā)電，目前工業(yè)上都是由熱能轉(zhuǎn)換為動能，再由動能發(fā)電，目前普遍用的是蒸氣輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，也不排除未來核聚變成功后會有新方式，但眼下沒聽說。只要仍然用的是熱機(jī)，即使核聚變也逃不出卡諾循環(huán)的約束，熱效率不可能100%，必有大量不能做功的廢熱，任何熱機(jī)均是如此。此外，能源清潔不清潔不是由熱效率決定的，而是由污染物排放量決定的，不是有廢熱就不清潔了。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>可以不用，哪怕是現(xiàn)在的技術(shù)也有很多途徑，舉個最極端的例子，假如你在聚變反應(yīng)堆周圍弄一圈太陽能板那不就能發(fā)電了嗎，或者利用中心極高的溫度造成一定范圍內(nèi)氣壓的一個梯度變化，然后設(shè)計某種機(jī)構(gòu)引導(dǎo)氣流帶動風(fēng)扇不是也可以嗎，再或者利用其產(chǎn)生的大量等離子體使其不斷的通過永磁體產(chǎn)生的平行磁場使±電子分離，制造磁流體發(fā)電機(jī)一樣可以，所以路子很多

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>應(yīng)該叫 受控核聚變 ！不受控的那就是 氫彈。說到底它就是個鍋爐！?。【褪抢檬芸睾司圩儺a(chǎn)生的熱能來燒開水產(chǎn)生蒸汽，來推動蒸汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電??！說到底 它就是個 熱源 。和燒煤燒油燒天然氣產(chǎn)生熱是一樣的。別的就不要嘚瑟了

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>須要的，核聚變只是個熱源，就像火力發(fā)電的熱源是煤。他們最終還是要用這個熱源把水煮開產(chǎn)生高壓蒸氣推動蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動切割磁力線產(chǎn)生電，所以別聽到核就以為有多牛。發(fā)電的技術(shù)原理從電發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在并沒有什么本質(zhì)的改變。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>目前以核形式產(chǎn)能的方式主要是以裂變形式，核聚變雖然能釋放大量能量但是功耗太大，切具有設(shè)備局限性，所以目前都是以裂變形式作為發(fā)電站的主要能量來源方式，裂變產(chǎn)生的高能量通過使水汽化的形式帶動發(fā)動機(jī)從而產(chǎn)生電能。