核电站一天吃掉多少铀？算完了才不会“惊”掉下巴？

偶然看到这个：

大部分情况下，核电站这个东西大家都会觉得神秘。但如果细细的扳下手指头算一下，核电站这东西在我们的国家早就不是稀罕玩意了。没啥太神秘的。

根据W君手头掌握的资料来看，我国目前的核电项目一共有111个，其中已经运行的反应堆有61个，在建的反应堆有31个，筹建的反应堆19个。

按照咱们核安全局发布的最新统计信息来看，我们国家已经有1/20的电是由核电站生产。

所以说，“核电”这个东西早就融入了我们的生产生活中，并不是什么神秘的稀罕玩意了。

而且，还有一个大家不知道的事情就是像早期的秦山核电站那种几百兆瓦发电量的反应堆，我们早就停建了，现在新的反应堆都是那种超过1000兆瓦发电量的大型堆。比较新的例如台山核电站的几个反应堆，早就做到了1700兆瓦的发电量。

这样的反应堆，一个就相当于秦山三个堆的发电量。

咱们就以台山的反应堆来做一个计算就好了，台山用的是第三代压水堆，叫做进化动力反应堆(Evolutionary Power Reactor)，法国的技术，因此也有人叫这种反应堆为“欧洲堆”。

好处是不挑剔燃料，从5%的浓缩铀到从乏燃料中回收的铀，以及钚+铀的混合氧化物燃料全都能吃，这样一来大部分的核燃料都可以物尽其用，对资源的浪费极小。

咱们就以标准燃料5%的浓缩铀来计算就好了。如果要计算反应堆的铀消耗量其实就知道反应堆的三个功率就够了，总热功率、总电功率和净电功率。其实，只需要知道总热功率就够，但为什么提三个功率呢？因为同样的选题有人算错过。

刚刚咱们提到的台山的一个反应堆有1750兆瓦的功率，这是这台反应堆及其配套系统的总电功率。我们要知道的是运行一个反应堆及其周边的设备也是需要电力供应的，因此从反应堆中发出来的电并不是都放到电网上供应周边的城市、居民、工厂使用，核电站还需要自留一部分供反应堆来使用，这部分电就被计算在总电功率之内了。除去了这些电，真正供应到电网上的电量就是反应堆的净电功率（MWₑ）——电厂拿来赚钱的，每个反应堆输出的为1660兆瓦。有人会用这个来算铀消耗量，这就会算得偏小了

其次，我们目前还不能依靠任何直接的手段从核裂变反应中高效的获取电能，还是需要进行能量转换的，例如大家现在最常用的“烧开水”。因此衡量一个核反应堆真正的输出功率则是总热功率（MWₜₕ），台山一号机组和二号机组的 总热功率为4590MWₜₕ ，这个也很好理解就是核反应的过程中反应堆放出的了多少热量。

既然是“烧开水”嘛，家里用的燃气灶实际上也是用的热功率。

通常家用燃气灶的最大热功率（开最大火）为5.2KWₜₕ，所以算一下，我们就可以知道，一个4590MWₜₕ的核反应堆相当于（4590000 kWₜₕ / 5.2 kWₜₕ) 同时点燃88.27万个燃气灶炉头一起烧开水的热量。所以大家在规模上是不是就建立了直观概念了？

没有想象中的那么少，但也不会功率大到不可思议，这个功率大约就等于W君所在的天津，河东区+和平区+河西区三个区的所有居民在中午一起约好了同时打开厨房爆炒鱼香肉丝的总功率消耗。

那么知道了4590MWₜₕ这个数值后，我们就可以来计算每天反应堆的大致燃料消耗量了。

4590 MWₜₕ = 4590 × 10⁶ W = 每秒产生 4.59 × 10⁹ 焦耳（J）

一天有 86400 秒，所以：

每天总热能 E = 4.59 × 10⁹ J/s × 86400 s = 3.963 × 10¹⁴ J

我们取典型核裂变反应——一颗铀-235 原子在裂变的时候平均能量释放值为 200 MeV ≈ 3.2 × 10⁻¹¹ J

每天发生的裂变事件数 N = 总热能 / 每次裂变释放能量= 3.963 × 10¹⁴ J ÷ 3.2 × 10⁻¹¹ J ≈ 1.238 × 10²⁵ 次裂变

每摩尔铀-235有阿伏伽德罗常数个原子：Nₐ = 6.022 × 10²³，所以，每天消耗的摩尔数 = 1.238 × 10²⁵ ÷ 6.022 × 10²³ ≈ 20.56 mol，带入铀-235的原子量: 20.56 mol × 235 g/mol ≈ 4.83 kg

计算可知道，每天消耗掉的铀-235是 4.83kg。不过这里是纯纯的铀-235的消耗量，在反应堆中不可能使用100%的铀-235，毕竟不是造原子弹嘛，按照堆燃料说明，这个堆适配的是5%的浓缩铀，因此这个数要再除以5%，也就是乘20倍。总燃料质量 = 4.83 kg ÷ 5% ≈ 96.6 kg。

所以，每天消耗的铀为96.6公斤。不过，对于核电站这个东西，其实还是有一定的能量损耗的，通常会定一个94%的系数，所以这样估算就是102公斤，有一点小差别，但不会是数量级的差距。

而且要知道的是——核电站的反应堆并不是像锅炉一样直接铲煤进去的，而是要适配燃料颗粒

这个东西叫做燃料芯块，主要为了适应核反应堆中的燃料棒的。通常，大量的燃料芯块会装入燃料棒中。每颗燃料芯块的直径大约是8毫米多一点，高度为10毫米。除了二氧化铀之外还需要加入碳化硅、氧化钡、石墨等成形、润滑和稳定材料，通常每颗燃料芯块的重量为6克左右。真正可以裂变的铀-235大约的含量在0.25克左右。

所以如果计算每天消耗的燃料芯块数量约为19000多块，但是要注意的一点是核电站的燃料都是装在燃料棒中的，并不是按次序直接“烧”完，而是每种不同设计的燃料棒以及燃料芯块都有一个两年内反应度的指标，一般的情况下会定在85%左右。也就是说每个燃料芯块两年的时间内要反应85%的燃料，这才算反应的比较充分。

所以，根本没有人真正的去计算一天到底消耗量多少燃料芯块，而是在测定反应堆输出功率稳定性的前提下12-24个月统一的对反应堆内的燃料棒进行更换。

那么最后一定有人问 换一次燃料要花多少钱是吧？1.5亿人民币左右，但对于一年发电量几十亿度的电站来说，这点钱真不算多。

怎么样？没有惊掉下巴吧？