热能转换机械能公式(科技有狠活｜想想，如果你家的电、暖来自核能……)

Posted 2023-06-02

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热能转换机械能公式(科技有狠活｜想想，如果你家的电、暖来自核能……)

封面新闻记者张峥

在南海北部湾，坐落着中国最南端的核电基地——海南昌江核电站，作为海南一号能源工程，它每年为海南省提供90亿到100亿度电的清洁能源保障，约占海南全省用电总量的1/3。

文化和旅游部确定53家单位为国家工业旅游示范基地，海南省昌江核电科普教育基地成为其中之一。

2022年底，中国首个工业领域的核能供热项目——“浙江海盐核能工业供热示范项目”在浙江省海盐县正式建成投用。项目建成投产后，将能为当地工业企业提供24小时热能供应保障，年工业供热约28.8万吉焦，相当于节约标准煤约1万吨，减少二氧化碳排放约2.4万吨。

2022年底，核聚变研究首次实现“净能量增益”——美国NIF实现激光聚变点火，几乎成为众多科技榜单上的年度十大新闻。

而在欧洲，当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一——国际热核聚变实验堆（ITER），也在进行着核聚变研究。

核能正成为一种面向未来的能源。想想，未来如果你家的供电、供暖来自核能……

中国“人造太阳”内部。新华社图

核能面向未来的能源

“裂变是一个较重的核分裂成两个较轻的核，聚变是把两个较轻的核结合成一个较重的核。但聚变过程所释放的能量往往是裂变的数倍。”四川大学原子核科学技术研究所教授、博士生导师胡智民告诉封面新闻。

目前得到普遍应用的核能是裂变能，从原理上看，核裂变链式反应是核能发电的基础，进而完成核能—热能—机械能—电能的转化过程。裂变反应中，通过吸收多余中子，维持中子数量平衡，裂变反应的速度能够得到控制，核裂变能就可以稳定释放。目前核电站采用的就是这种技术，“华龙一号”即为其代表。

2022年，中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组正式具备商运条件。至此，中核集团“华龙一号”示范工程全面建成投运。

作为中国核电走向世界的“国家名片”，“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，是我国在总结30余年核电科研、设计、建设、运行和管理经验的基础上，研发设计的具有完全自主知识产权的三代压水堆核电创新成果。

福清核电5、6号两台机组业主单位为中国核电下属福清核电，“华龙一号”研发设计总体单位和工程总承包单位为中核工程。其中，5号机组创造了全球三代核电首堆建设的最佳业绩。中核集团“华龙一号”示范工程全面建成后，两台机组年发电能力近200亿度，相当于每年减少标准煤消耗624万吨、减少二氧化碳排放1632万吨，相当于植树造林1.4亿棵，对于助力实现中国碳达峰碳中和目标具有重要意义。

华龙一号

中国核电“出海”

世界上其他百万千瓦级核电机组的燃料棒都是157核，华龙一号多了20核。如果把核电站比作一个锅炉房，那么核反应堆就好比煤堆，是产生能量的基本燃料。煤堆里放多少蜂窝煤也许无关紧要，但核反应堆的堆芯里放多少燃料棒就是个学问了。从“157堆芯”到“177堆芯”，不是随意增减几盒燃料那么简单，而是整个反应堆的堆芯系统都要重新设计。

“177这个独特的反应堆设计，造就了华龙一号能够走向世界。”华龙一号副总设计师刘昌文见证了近年来我国核电发展的历程，这一设计不仅可使核电机组的发电功率得到5%至10%的提升，同时也提高了核电站的安全性。

在“华龙一号”研发设计以及示范工程建设过程中，实现了包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、堆内构件等核心设备在内的411台设备的国产化，共获得700余件专利和120余项软件著作权，覆盖了设计技术、专用设计软件、燃料技术、运行维护技术等领域。

同时，作为中国高端制造业走向世界的“国家名片”，中核集团“华龙一号”带动上下游产业链5300多家企业发展，为我国高端装备制造业带来了巨大的经济效益和转型升级机遇。

2021年5月20日，巴基斯坦卡拉奇2号核电机组FCD正式投入商业运行，意味着“华龙一号”走出国门，正式落地巴基斯坦。而随着技术的开发成熟，CAP1400机组也已成为我国真正具有自主知识产权和独立出口权的三代核电技术。

根据规划，到2030年沿线国家将新建107台核电机组，共计新增核电装机1.15亿千瓦，新增装机占中国之外世界核电市场的81.4%。中核集团与阿根廷核电公司签署了阿查图3号、4号两台机组的总合同；中广核集团则分别与捷克能源集团、罗马尼亚国家核电公司、法国电力集团等签订了合作协议。

中国核电出海，未来可期。

核聚变反应模拟图。新华社图

核聚变科学家寄予厚望的突破

2022年12月13日，美国能源部宣布，当今世界上最大的惯性约束核聚变装置NIF实现激光点火，并实现净增益，这个人类面临的最艰巨的科学挑战之一实现从0到1的突破。

“就这次点火而言，它最大的意义并不是产生了多少能量，而是这个产生的能量实现了净增益。这意味着聚集人类最顶尖的智慧才实现的从0到1的突破，一旦从实验室走向大众，一旦投入和平使用，那么解决可持续的能源供给，减少因为争夺能源而发生的战争可能就不再是梦了。”

NIF使用的环空器，用于装核聚变燃料。NIF资料图

与惯性约束核聚变获得能量的方式不同，磁约束核聚变也是获取能量的方式之一。“目前我国的惯性约束聚变装置的总体规模和性能位列亚洲第一，世界第二，是仅次于美国NIF的存在。我们国家在该领域有着长期的积累和人才储备。”胡智民告诉封面新闻记者。

“如果我们的核聚变取得了重大突破，电力、石油价格将会大幅的下降。我们从一升海水当中提取出的原料用于产生核聚变反应，可以满足我们从北京开到海南2000多公里所需要消耗的能量。”中核集团核工业西南物理研究院副研究员李波如是说。

国际热核聚变实验堆（简称“ITER”：International Thermonuclear Experimental Reactor）计划是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一，也是迄今我国以平等身份参加的规模最大的国际科技合作计划。

2007年10月，ITER国际组织成立，总部设在法国南部圣宝莱·杜朗兹。

国际热核聚变实验堆（ITER）

ITER装置是运用磁约束核聚变方式，一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”，其目标是验证和平利用聚变能的科学与技术可行性。ITER计划吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七个成员方共三十多个国家共同参与。我国作为ITER计划的七个平等成员方之一，承担ITER建设阶段9.09%和运行、退役阶段10%的经费，享有ITER计划100%的技术成果使用权。

按照与实物1比20的比例建造的核聚变“ITER托卡马克装置”模型。新华社图

“利用核聚变能，应该说是给人类文明的发展提供更多想象的空间，让能源的来源有了一个更好的选择。说核聚变能是清洁的能源，是因为相对于火电站的碳排放、裂变电站的核废料处理等棘手的问题，它的产物是阿尔法粒子和中子，我们可以利用聚变产物中子的能量来发电，所以它是相对清洁的能源。聚变所需要的氢同位素我们又可以从海水中提取，可以说是无穷无尽的资源。它必将是一种人类可以持续利用的清洁能源。”胡智民展望。

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