專(zhuān)題四 核能技術(shù)

1、核能的開(kāi)發(fā)和利用核能的開(kāi)發(fā)和利用 核能是通過(guò)原子核發(fā)生反應(yīng)而釋放出的核能是通過(guò)原子核發(fā)生反應(yīng)而釋放出的巨大能量。巨大能量。 瑞瑞 士士 的的 核核 電電 站站核能專(zhuān)題1939年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象哈恩哈恩費(fèi)米費(fèi)米一、核能的發(fā)展歷程一、核能的發(fā)展歷程 教學(xué)錄象片：核裂變n獲得核能的兩條途徑是：獲得核能的兩條途徑是： 裂變裂變 當(dāng)當(dāng)235U核吸收一個(gè)中子后，就會(huì)形成復(fù)合核吸收一個(gè)中子后，就會(huì)形成復(fù)合236U核，核，而而236U核是不穩(wěn)定的，它很快發(fā)生形變由橢球形進(jìn)而變核是不穩(wěn)定的，它很快發(fā)生形變由橢球形進(jìn)而變成不對(duì)稱(chēng)的啞鈴形，然后發(fā)生斷裂，成為兩個(gè)

2、略有大小成不對(duì)稱(chēng)的啞鈴形，然后發(fā)生斷裂，成為兩個(gè)略有大小差異的產(chǎn)物核，同時(shí)放出若干個(gè)中子，下圖為復(fù)合核裂差異的產(chǎn)物核，同時(shí)放出若干個(gè)中子，下圖為復(fù)合核裂變示意。變示意。一個(gè)重核在中子的轟擊下分裂成高能碎片的反應(yīng)叫做核裂變一個(gè)重核在中子的轟擊下分裂成高能碎片的反應(yīng)叫做核裂變 當(dāng)中子撞擊鈾原子核時(shí)，一個(gè)鈾核吸收了一個(gè)中子可當(dāng)中子撞擊鈾原子核時(shí)，一個(gè)鈾核吸收了一個(gè)中子可以分裂成兩個(gè)較輕的原子核，在這個(gè)過(guò)程中質(zhì)量發(fā)生虧損，以分裂成兩個(gè)較輕的原子核，在這個(gè)過(guò)程中質(zhì)量發(fā)生虧損，因而放出很大的能量，并產(chǎn)生兩個(gè)或三個(gè)新的中子。因而放出很大的能量，并產(chǎn)生兩個(gè)或三個(gè)新的中子。 重重 核核 裂裂 變變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒?/p>

3、應(yīng)聚變聚變兩個(gè)輕核發(fā)生碰撞結(jié)合成重核的反應(yīng)叫做核聚變兩個(gè)輕核發(fā)生碰撞結(jié)合成重核的反應(yīng)叫做核聚變. .聚變需聚變需要在幾百萬(wàn)攝氏度的高溫下才能發(fā)生，因此聚變又叫熱要在幾百萬(wàn)攝氏度的高溫下才能發(fā)生，因此聚變又叫熱核反應(yīng)核反應(yīng).演示:聚變二、重核裂變的可控性二、重核裂變的可控性 費(fèi)費(fèi) 米米世界上第一座核反應(yīng)堆世界上第一座核反應(yīng)堆 1942年，費(fèi)米建立了第一個(gè)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆年，費(fèi)米建立了第一個(gè)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆。第一個(gè)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆第一個(gè)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆 如果對(duì)裂變?nèi)绻麑?duì)裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，在極短時(shí)控制，在極短時(shí)間（約百萬(wàn)分之間（約百萬(wàn)分之幾秒）會(huì)釋放出幾秒）會(huì)釋放出大量核能，發(fā)生大量核能

4、，發(fā)生猛烈爆炸，原子猛烈爆炸，原子彈就是根據(jù)這個(gè)彈就是根據(jù)這個(gè)原理制成的原理制成的. 原子彈（氫彈）的破壞力表現(xiàn)在三方面原子彈（氫彈）的破壞力表現(xiàn)在三方面：光輻射光輻射：當(dāng)核彈爆炸后，最先看到的是極強(qiáng)的：當(dāng)核彈爆炸后，最先看到的是極強(qiáng)的光。這種強(qiáng)光可以引發(fā)近處的一切物體的燃光。這種強(qiáng)光可以引發(fā)近處的一切物體的燃燒，即使對(duì)距離很遠(yuǎn)處的人或動(dòng)物也可以導(dǎo)燒，即使對(duì)距離很遠(yuǎn)處的人或動(dòng)物也可以導(dǎo)致眼睛失明。致眼睛失明。中子和中子和輻射輻射：這種強(qiáng)粒子輻射可以立即使人：這種強(qiáng)粒子輻射可以立即使人和動(dòng)物死亡，也可能使人患放射病。和動(dòng)物死亡，也可能使人患放射病。沖擊波沖擊波：它可推倒建筑物、殺傷人員。：它可推

5、倒建筑物、殺傷人員。影視資料片：影視資料片：我國(guó)第一顆原子彈我國(guó)第一顆原子彈 兩彈一星兩彈一星 為便于和平利用核能，必須控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能為便于和平利用核能，必須控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能緩慢而又平穩(wěn)地釋放出來(lái)緩慢而又平穩(wěn)地釋放出來(lái).為此，人們制成了一種專(zhuān)門(mén)裝置為此，人們制成了一種專(zhuān)門(mén)裝置核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆. 核反應(yīng)堆能緩慢、平穩(wěn)地釋放核能核反應(yīng)堆能緩慢、平穩(wěn)地釋放核能.核反應(yīng)堆通常采用熱中子堆，常用的有壓水堆、重水核反應(yīng)堆通常采用熱中子堆，常用的有壓水堆、重水堆、石墨堆等。堆、石墨堆等。反應(yīng)堆的堆心是原子能發(fā)電站的心臟，其中有反應(yīng)堆的堆心是原子能發(fā)電站的心臟，其中有燃料棒燃料棒、慢化劑

6、慢化劑、冷卻劑冷卻劑和和控制棒控制棒（鎘棒）。（鎘棒）。 通過(guò)通過(guò)鎘棒的插入鎘棒的插入和和拔出拔出就可以就可以控制反應(yīng)堆的運(yùn)行控制反應(yīng)堆的運(yùn)行。冷卻劑用來(lái)冷卻燃料棒，并通過(guò)熱交換器將熱量送到無(wú)冷卻劑用來(lái)冷卻燃料棒，并通過(guò)熱交換器將熱量送到無(wú)放射性的發(fā)電部分，供發(fā)電使用。放射性的發(fā)電部分，供發(fā)電使用。 研究性重水反應(yīng)堆研究性重水反應(yīng)堆中國(guó)中國(guó)1980年建成的高年建成的高通量工程試驗(yàn)堆堆芯通量工程試驗(yàn)堆堆芯三、核電的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展概況三、核電的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展概況 在傳統(tǒng)的能源構(gòu)成中，火力發(fā)電和水力發(fā)電都有在傳統(tǒng)的能源構(gòu)成中，火力發(fā)電和水力發(fā)電都有其局限性。而核電作為一種新型的能源，具有得天獨(dú)其局限性。而核

7、電作為一種新型的能源，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)越性。它利用地球中蘊(yùn)藏豐富的放射性同位素厚的優(yōu)越性。它利用地球中蘊(yùn)藏豐富的放射性同位素鈾的裂變反應(yīng)產(chǎn)生的巨大的能量來(lái)發(fā)電，效率既高又鈾的裂變反應(yīng)產(chǎn)生的巨大的能量來(lái)發(fā)電，效率既高又不污染環(huán)境。不污染環(huán)境。 核電核電雖然造價(jià)較高，但雖然造價(jià)較高，但運(yùn)行成本低于火電。運(yùn)行成本低于火電。核電核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時(shí)電能的成本比火電站要低每千瓦時(shí)電能的成本比火電站要低20以上。核電站以上。核電站還可以大大減少燃料的運(yùn)輸量。而且還可以大大減少燃料的運(yùn)輸量。而且環(huán)境污染也比火環(huán)境污染也比火電

8、小得多電小得多，作為一種極好的能源，將來(lái)一定會(huì)在全世，作為一種極好的能源，將來(lái)一定會(huì)在全世界廣泛推廣使用。界廣泛推廣使用。 影視資料片：影視資料片：核能核能n核電站的發(fā)展現(xiàn)狀核電站的發(fā)展現(xiàn)狀n1954年年，前蘇聯(lián)建成了世界上第一座熱中子核電站，前蘇聯(lián)建成了世界上第一座熱中子核電站，而后被世界各國(guó)廣泛推廣。而后被世界各國(guó)廣泛推廣。n目前現(xiàn)狀目前現(xiàn)狀：世界上已經(jīng)投入運(yùn)行的熱中子核電站已：世界上已經(jīng)投入運(yùn)行的熱中子核電站已有有428座，遍布各大洲座，遍布各大洲34個(gè)國(guó)家和地區(qū)，個(gè)國(guó)家和地區(qū)，總裝機(jī)容總裝機(jī)容量已達(dá)量已達(dá)4億多千瓦億多千瓦，約占世界發(fā)電總量的約占世界發(fā)電總量的1/5。美國(guó)美國(guó)占首位占首

9、位，約占世界的，約占世界的1/3，其次為法國(guó)、日本、德，其次為法國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯。國(guó)和俄羅斯。法國(guó)法國(guó)已有已有57座核電站在運(yùn)行，發(fā)電量座核電站在運(yùn)行，發(fā)電量占其全國(guó)占其全國(guó)總發(fā)電量的總發(fā)電量的77%，為世界之最，為世界之最。我國(guó)我國(guó)目前目前僅有僅有秦山核電站秦山核電站和和大亞灣核電站大亞灣核電站兩座，裝機(jī)容量?jī)H兩座，裝機(jī)容量?jī)H占總裝機(jī)容量的占總裝機(jī)容量的1%左右。左右?？煽氐暮司圩兎磻?yīng)可控的核聚變反應(yīng) 核裂變雖然能產(chǎn)生巨大的能量，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上核聚核裂變雖然能產(chǎn)生巨大的能量，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上核聚變，裂變堆的核燃料蘊(yùn)藏極為有限，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大的輻變，裂變堆的核燃料蘊(yùn)藏極為有限，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大的輻射

10、，傷害人體，而且遺害千年的廢料也很難處理，核聚射，傷害人體，而且遺害千年的廢料也很難處理，核聚變的輻射則少得多，核聚變的燃料可以說(shuō)是取之不盡，變的輻射則少得多，核聚變的燃料可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。用之不竭。 從聚變反應(yīng)可推算，從聚變反應(yīng)可推算，1克氘發(fā)生熱核聚變時(shí)放出的能克氘發(fā)生熱核聚變時(shí)放出的能量為量為10萬(wàn)千瓦時(shí)，也就是萬(wàn)千瓦時(shí)，也就是10萬(wàn)度電能。地球上共有萬(wàn)度電能。地球上共有175億億億噸海水，其中含氘億噸海水，其中含氘35萬(wàn)億噸，如果都能用來(lái)發(fā)電，可萬(wàn)億噸，如果都能用來(lái)發(fā)電，可以想象足夠人類(lèi)用上幾百億年，再也不會(huì)有什么以想象足夠人類(lèi)用上幾百億年，再也不會(huì)有什么“能源能源危機(jī)危機(jī)”

11、了。了。 利用核聚變制造出來(lái)的氫彈威力驚人利用核聚變制造出來(lái)的氫彈威力驚人影視資料片影視資料片： 氫彈氫彈中中 國(guó)國(guó) 制制 造造 的的 第第 一一 顆顆 氫氫 彈彈磁約束聚變磁約束聚變 氫彈中釋放的能量是爆炸式的，雖然在其氫彈中釋放的能量是爆炸式的，雖然在其中實(shí)現(xiàn)了自持熱核反應(yīng)，但無(wú)法用于民用能中實(shí)現(xiàn)了自持熱核反應(yīng)，但無(wú)法用于民用能源，所以，要用熱核反應(yīng)作為能源，首要之源，所以，要用熱核反應(yīng)作為能源，首要之事是尋找能實(shí)現(xiàn)自持的方式和條件：事是尋找能實(shí)現(xiàn)自持的方式和條件：上億度高溫上億度高溫 + 不導(dǎo)熱容器。不導(dǎo)熱容器。 太陽(yáng)給了我們啟發(fā)太陽(yáng)給了我們啟發(fā)：太陽(yáng)是一團(tuán)進(jìn)行自持：太陽(yáng)是一團(tuán)進(jìn)行自持熱

12、核反應(yīng)的高溫等離子體，它又是緩慢地釋熱核反應(yīng)的高溫等離子體，它又是緩慢地釋放能量的，那么它是靠什么容器把等離子體放能量的，那么它是靠什么容器把等離子體約束在一起不致飛散的呢？它靠的是太陽(yáng)極約束在一起不致飛散的呢？它靠的是太陽(yáng)極其巨大的質(zhì)量所產(chǎn)生的巨大的引力。其巨大的質(zhì)量所產(chǎn)生的巨大的引力。太陽(yáng)的太陽(yáng)的引力場(chǎng)就是太陽(yáng)的高溫等離子體的引力場(chǎng)就是太陽(yáng)的高溫等離子體的“容器容器”。 地球上不可能有這樣強(qiáng)的引力場(chǎng)，地球上不可能有這樣強(qiáng)的引力場(chǎng)，但是可以利用其它的場(chǎng)。但是可以利用其它的場(chǎng)。磁約束磁約束：利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體，因?yàn)椋豪脧?qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體，因?yàn)榈入x子體由帶負(fù)電的電子和帶正電的原等離子體由帶

13、負(fù)電的電子和帶正電的原子核組成，它們?cè)诖艌?chǎng)中受磁力作用。子核組成，它們?cè)诖艌?chǎng)中受磁力作用。 目前美國(guó)、日本、歐洲和俄羅斯等國(guó)都目前美國(guó)、日本、歐洲和俄羅斯等國(guó)都已經(jīng)建成大型的磁約束裝置，已經(jīng)建成大型的磁約束裝置，我國(guó)也于我國(guó)也于1984年建成一座中型的磁約束裝置年建成一座中型的磁約束裝置環(huán)環(huán)流流1號(hào)號(hào)。美、英、俄三國(guó)正在合作建設(shè)一座。美、英、俄三國(guó)正在合作建設(shè)一座功率為功率為62萬(wàn)千瓦的國(guó)際聚變反應(yīng)堆，希望萬(wàn)千瓦的國(guó)際聚變反應(yīng)堆，希望使其輸出能量超過(guò)輸入能量，以實(shí)現(xiàn)聚變使其輸出能量超過(guò)輸入能量，以實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電的可能性。此外，也有人在嘗試研制發(fā)電的可能性。此外，也有人在嘗試研制聚變聚變裂變混合堆。裂變混合堆。估計(jì)到二十一世紀(jì)估計(jì)到二十一世紀(jì)中葉，磁約束核聚變發(fā)電站會(huì)有投入使用中葉，磁約束核聚變發(fā)電站會(huì)有投入使用的