核 能 發 電
簡 介
所有的物質，都是由各種原子所組成，而原子則是由中 子、質子和電子所構成。原子就像太陽系，中子和 質子 組構而成的原子核，在原子的中心有如太陽，而電子圍 繞著原子核，就像地球、火星等這一類的行星圍繞太陽 旋轉。有些原子的原子核若被外界的中子擊中時，容易 分裂成兩個較小的原子核，又稱為核分裂。
而所謂「核能」就是核分裂時所放出的能量。核分裂時 可產生極大的能量。例如鈾的原子核分裂所放出的熱量 約為碳原子燃燒放出能量的一千萬倍以上。
核能電廠就是利用核分裂所釋放出的能量來發電。
原子核分裂與發電原理
一、分裂原理:
經過多位科學家的努力，發現天然的鈾元素中含有鈾-238及鈾-
235兩種同位素，天然鈾中鈾-238的含量為99.3%，鈾-235含量則
只有0.7%，而經中子撞擊後也只有鈾-235會發生分裂反應，其
反應過程如圖所示；為始鈾-235原子核分裂，可利用一個中子
射到鈾-235的原子核裡，始原來就相當不穩定的鈾-235原子核
中的粒子更加活躍，在彼此碰撞後分裂成兩半，並且放出大量
的能量，這就是原子核分裂的過程，只需幾百萬分之一秒即可
完成。
原子核分裂與發電原理
二、發電原理:
如果我們有辨法在每次分裂後把2到3個新產生的中子吸收掉一、兩個，而只讓一 個中子繼續引發下一次分裂反應，則我們即可控制每次反應的數目使其保持固 定，並可把每次反應產生的能量用來發電，這種狀況即稱為「臨界」核分裂反 應，而前述分裂次數一代比一代多的狀態稱為「超臨界」反應，反之若分裂次 數一代比一代少則稱為「次臨界」反應；核能電廠運轉發電時是保持在臨界反 應狀態，停機時則保持在次臨界狀態。
目前核能電廠中常用的是鎘或硼，這兩種物質便是構成「控制棒」的主要材料。
核能電廠停機時控制棒整個插在爐心裏，吸收絕大部份的中子，使整個爐心保 持次臨界狀態。
電廠起動時控制棒便被慢慢抽出來，一直到爐心達到臨界狀況時將控制棒固定，
便可保持穩定而持續性的核分裂反應。
若有異常狀況發生，控制棒便被迅速插入爐心，停止其分裂反應；因此控制捧的 作用有點像汽車的煞車裝置，可以防止車速過快而發生意外。
核能電廠與火力電廠的異同
核子反應爐
世界各國所使用的核子反應爐有很多種 型式(氣冷式,輕水式,重水式,滋生式)，我 國使用的是輕水式反應爐，這也是廣為 世界各國所採用的。
我國的輕水式反應爐有「 沸水式 」(BWR)
及「 壓水式 」(PWR)兩種，這是因其「 緩
和劑 」及「 冷卻劑 」都使用普通的水(即
輕水)。
沸水式核能電廠
「沸水式」是在反應爐中直接產生蒸汽，並且直接送到汽機，將蒸汽能 量轉為機械能，轉動發電機產生電力。
圖中與控制棒相間較粗 的紅棒為燃料棒，核分 裂的主角—鈾-235—即 裝在其中，燃料棒必須 一直泡在水中，而水除 了吸收核分裂反應產生 的能量外，還兼做中子 的「緩和劑」
壓水式核能電廠
「壓水式」是把反應爐中，所產生高壓高溫的水，送到蒸汽產 生器，在那裡把另外一個系統的水變為蒸汽，再送到汽機。
此種設計可以確保汽輪 機使用的蒸汽絕無核分 裂反應所產生的放射性 物質，但因系統較為複 雜，故運轉與維護也較 沸水式反應器費事。此 外，壓水式反應器的控 制棒設在壓力槽上端，
由上向下抽插，比起沸 水式反應器由下往上的 設計在運作與保養上較 為方便。
燃料構造
天然鈾中鈾-235的含量只有0.7%，而沸水式核能電廠所用的鈾燃料必須經 過濃縮處理使鈾-235含量提高為2%至5%，此舉是為了增加核分裂反應的機 會，若要做原子彈則其濃度必須提高至99%以上。此外核能電廠所用的燃 料為了承受運轉時攝氏一千度以上的高溫，特別將鈾做成二氧化鈾的粉 末，再燒結成直徑與高度均為1.6公分左右的柱狀「燃料丸」，然後再將 燃料丸放入長約3.86公尺，厚約0.8公分的鋯合金管內，做成「燃料棒」。
核能電廠是原子彈嗎﹖
濃度不同
核能電廠和原子彈間最大不同處，即在於所 含鈾-235的濃度；鈾-235在核燃料中只佔 3~5%，而在原子彈中高達 90%以上，比例 相差實在很大。基本上原子彈是使高濃度的 鈾-235，在不加以控制的情況下於極短的時 間(百萬分之一秒或更短) 內，將能量全部釋 出來而產生爆炸。核能發電的情形恰恰相 反，它需要細水長流式的慢慢放出能量，所 以，核能電廠絕無可能像原子彈一樣爆炸。
這就好像啤酒對高粱酒一樣，高粱酒一點火 就熊熊燃燒，而啤酒的酒精含量太少，根本 不可能燃燒。
設計不同
原子彈除了鈾-235的濃度高之外，還有引爆 裝置；而核能電廠則有控制棒及各種安全控 制系統，可以控制核分裂的連鎖反應，兩者 設計截然不同。至於蘇聯車諾比爾核能電廠 的爆炸現象，是屬於化學性的爆炸事故，如 果是核子爆炸，該廠早已夷為平地了!
核能發電有什麼優點﹖
1. 燃料體積小，一個燃料丸只有香 煙濾嘴般小，容易運輸及貯存。
若以未來核能四廠二部機組每年 發出156億度電來看，只需81噸 鈾，一架貨機就可以運送；而用 石油的話則需要380萬噸、38船 次的10萬噸級油輪運送；若以煤 代替更可觀，需570萬噸煤，95 船次6萬噸級煤船才能運送。
2. 發電量大
3. 不會造成空氣污染，對環境影響 小。燃燒化石燃料如煤、石油 等，會產生二氧化碳等氣體，使 溫室效應日趨嚴重，也會產生硫 氧化物及氮氧化物等造成酸雨；
而核能發電完全不產生上述氣 體，對環境保護極有益處。
什麼是低放射性廢料？
核廢料依照來源、放射性強度等分為 二類，即低放射性廢料及高放射性廢 料，由於放射性廢料可隨時間而逐漸 釋放其放射性，故可藉(1)遠離生活環 境(2)妥善屏蔽(3)放置長久時間等措 施，使其放射性強度逐年減低，而不 致危害生活環境，目前皆已有可靠之 處理技術。
低放射性廢料係指使用放射性物質的 場所，如醫院、工廠、研究單位及核 能電廠運轉，所產生具有放射性污染 的廢棄衣物、用品等乾性廢料及放射 性廢液處理過程中產生的廢樹脂以及 蒸發器與過濾器的殘渣等濕性廢料。
目前貯存在各核能電廠及蘭嶼貯存。
核能電廠的安全設計
核能電廠如果無法提供民眾穩定而安全的用電，
是沒有存在的意義。在核分裂的過程中，不可避 免的會產生放射性物質，所謂「核能安全」就是 要確保這些放射性物質不會污染環境與影響民眾 的安全。
核能電廠具有安全系統的設計，可用以防止
核子事故的發生及輻射物質的外洩，這是火力電
廠所沒有的，也是核能電廠的初期建廠成本較高
的原因。
核能電廠的安全設計
核能電廠避免輻射外釋的多重屏障設計
核能電廠的安全設計
燃料丸： 燃料丸外形如半吋長粉筆一般大小的圓柱體，是由高密度陶瓷性 的二氧化鈾製成，可將大部分的核分裂產生的輻射物包封在其內，只有小 部份的氣態分裂產物，才會逸出燃料丸外。
燃料護套： 燃料丸串疊在特製的鋁合金管(稱為燃料棒護套)裡，兩端封閉 起來(就稱為燃料棒)，逸出燃料丸的氣態放射性物質，會被包封在護套 內。
反應爐壓力槽：反應爐壓力槽是以特殊鋼料製成，能耐高溫高壓的大容 器。燃料就在這壓力槽中，若放射性產物因燃料護套損壞而逸出，仍被包 容在壓力槽內。
鋼筋水泥圍阻體：若反應爐破漏時，內襯鋼板的水泥圍阻體可以封閉從反 應爐壓力槽散逸出來的放射性物質，不致洩漏出去。
反應器廠房：為鋼筋水泥作成的建物(又稱二次圍阻體)，將鋼筋水泥圍阻 體包封在裡面，壓力比外面大氣壓力低，萬一有放射性產物洩漏至反應器 廠房內，排放外界的氣體需經特殊的處理設備過濾其中的輻射物質，不致 直接逸散到大氣中。
台灣有那些核能電廠﹖
台灣現有核能電廠裝置容量表
廠 別 核能一廠 核能二廠 核能三廠
位 置 台北縣石門鄉 台北縣萬里鄉 屏東縣恆春鎮
商業運轉日期
＃1 67年12月 ＃1 70年12月 ＃1 73年7月
＃2 68年7月 ＃2 72年3月 ＃2 74年5月 裝 置 容 量 636千瓩×2 985千瓩×2 951千瓩×2 反應器型式 輕水反應器
(沸水式)
輕水反應器 (沸水式)
輕水反應器 (壓水式)
台灣地區目前擁有三座核能電廠6部機組，總裝置容量為5,144千瓩：
台灣有那些核能電廠﹖
台灣電力公司為配合國家長期經濟建設發展需要，使供電系統更為經濟 可靠，並期能達到能源多元化的政策目標，奉政府核定於台北縣貢寮鄉 興建第四核能發電廠，預計於民國九十八年及九十九年分別完成第一、
二號機組之興建工程，以提供社會大眾質優價廉之電力。
第四核能發電廠位於 台灣東北端，佔地約為480公頃，裝置兩部機組，
容量各為1,350,000瓩。建造完成後，將成為台灣電力供應系統中，裝置 容量最大的發電機組。
第 四 核 能 發 電 廠
第三核能發電廠
緣 起
時代的轉變、科技的發展推動了 核能工業。
在石油危機之後，各國相繼改變 以石油為發電能源的政策。政府 為了降低石油危機的衝擊，並供 應充裕的電力，除要求台電將部 分燃油電廠改為燃煤外；適度發 展核能以分散能源集中亦為當時 之政策。
在台灣北部相繼成立核能一、二 廠後，為了南北電力平衡，減少 電力輸送，政府決定在南部的恆 春成立第三核能發電廠。
第三核能發電廠
發電原理
核能發電使用鈾-235當燃料，是利用中子撞擊鈾原子 核產生連鎖反應時釋放出的熱能來發電。
除了熱的來源不同外，核能發電產生蒸汽推動汽輪機
及發電機的設計原理與一般火力電廠則大致相同。
第三核能發電廠
核三廠主要發電設備及廠家如下：
型 式 輕 水 型 壓 水 式
機組 兩部機
裝置容量 每部機951百萬瓦
建廠費用 947億元
反應爐 美國西屋公司製／3迴路壓水式
汽輪發電機 美國奇異公司製／三缸再熱四流式汽機、氫氣內冷型發電機
低壓汽機轉子 瑞士ABB公司製
第三核能發電廠
廢料
核能發電產生的輻射廢料分為高 放射性核廢料及低放射性廢料；
高放射性核廢料指的是用過的核 燃料，目前都儲存在廠內的用過 燃料水池中，其設計可容納電廠 運 轉 四 十 年 中 發 電 所 用 的 核 燃 料。
低放射性廢料大部分為經使用污 染過的手套、輻射防護衣物等。
目前核三廠一年約產生400桶低 放射性固體廢料，其中固化桶約 34桶，其餘均為可再處理、壓縮 減 容 ， 均 可 存 於 廠 內 的 廢 料 廠 房。
