核能應(yīng)用(完)

1、二、核能應(yīng)用2014年10月1 核能應(yīng)用原理 核能的應(yīng)用 核技術(shù)應(yīng)用目 錄2第 1 章 核能應(yīng)用原理1.1 什么是核能1.2 核科學(xué)技術(shù)的發(fā)展3 核能（或稱原子能）是通過轉(zhuǎn)化原子核質(zhì)量而從原子核釋放的能量。太陽原子彈爆炸1.1 什么是核能4愛因斯坦能質(zhì)定理釋放原子能的兩種方法：核聚變（fusion）核裂變（fission）核能的來源5核聚變（Nuclear fusion）指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。 6核聚變的兩大優(yōu)點(diǎn)核聚變能可為人類提供“取之不盡用之不竭”的能源。地

2、球上僅在海水中就有45萬億噸氘，1升海水中所含的氘，經(jīng)過核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。核聚變不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)。7核聚變的實(shí)現(xiàn)方式聚變反應(yīng)需要非常高的溫度（上億攝氏度），以克服兩個帶正電的氘核之間的巨大排斥力 目前主要的幾種可控核聚變方式： 超聲波核聚變激光約束（慣性約束）核聚變磁約束核聚變（托卡馬克） 目前，實(shí)現(xiàn)受控核聚變還存在許多困難，核聚變能的大規(guī)模和平利用還尚需時日。8全超導(dǎo)

3、非圓截面托卡馬克 中國新一代熱核聚變裝置EAST國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ITER 負(fù)責(zé)這一項(xiàng)目的中國科學(xué)院等離子體所所長李建剛研究員是我校78級學(xué)員 9核裂變（Nuclear fission）又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。一般由重的原子（主要是指鈾或钚）分裂成較輕的原子的一種核反應(yīng)形式。一個重核吸收一個中子分裂成兩個輕核，同時放出數(shù)個中子和一定的能量。常用的易裂變核：U-233，U-235，Pu-239，Pu-24110U-235核裂變反應(yīng)式U-235每次裂變平均放出2.43個中子。1112核裂變釋放的能量如何使U235原子核中蘊(yùn)藏的能量釋放出來呢？ 科學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一

4、個鈾235原子核在吸收了一個能量適中的中子后，這個原子核由于內(nèi)部不穩(wěn)定而分裂成兩個或多個質(zhì)量較小的原子核（裂變碎片），這種現(xiàn)象叫作核裂變。每次核裂變可釋放出約200兆電子伏能量和2-3個新的中子。 12核裂變釋放的能量1個U-235原子核裂變平均釋放的總能量：200MeV1kgU-235完全裂變釋放的能量：19,600,000,000 kcal【比較】化石燃料完全燃燒放出的化學(xué)能（4.1eV）：1kg標(biāo)準(zhǔn)煤 7,000 kcal1L重油 9,900 kcal1m3天然氣 9,800 kcal1kgU-235裂變釋放的能量相當(dāng)于2800噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的能量1314核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裂變反應(yīng)中放出的

5、中子與其它可裂變核碰撞，引起新的核裂變，放出第二代中子，再引起核裂變反應(yīng)，放出第三代中子，如此持續(xù)下去的過程。1415維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件飛走被吸收，不引起新的裂變被裂變核吸收，引起新的裂變中子數(shù)=1，就可使裂變反應(yīng)持續(xù)下去。自持型中子數(shù)1，裂變反應(yīng)越來越強(qiáng)。發(fā)散型中子數(shù)1，裂變反應(yīng)越來越弱。收斂型1516核能特點(diǎn)及其軍事應(yīng)用核裂變反應(yīng)放出巨大的能量；核裂變反應(yīng)不需要氧氣；核裂變過程伴隨放射性物質(zhì)的產(chǎn)生。 核裂變能利用的特點(diǎn) 適于作為動力系統(tǒng)；需要采取嚴(yán)格的輻射防護(hù)措施；運(yùn)行管理要求很高。1617核動力的軍事應(yīng)用核能系統(tǒng)潛艇核動力裝置水面艦船核動力裝置空間核能裝置攻擊型核潛艇彈道導(dǎo)彈核潛艇航空母

6、艦巡洋艦驅(qū)逐艦核商船空間核電源空間核推進(jìn)裝置核武器1718原子彈及核爆The mushroom cloud of the atomic bombing of Nagasaki, Japan in 1945 rose some 18 kilometers (11miles) above the bombs hypocenter.181.2 核科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 1896年，發(fā)現(xiàn)放射性 1897年，發(fā)現(xiàn)電子 1905年，建立質(zhì)能轉(zhuǎn)換方程 1911年，提出原子核概念 1932年，發(fā)現(xiàn)中子 1938年，發(fā)現(xiàn)核裂變。確定自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)19核科學(xué)的發(fā)現(xiàn)是人類認(rèn)識世界的重大進(jìn)步核科學(xué)的應(yīng)用是人類在20世紀(jì)的重要創(chuàng)

7、造2020 第 2 章 核能的應(yīng)用2.1 核武器 1）核武器種類及原理 2）核武器技術(shù)及發(fā)展 3）核武器現(xiàn)狀及未來 21核武器利用原子核反應(yīng)在瞬間釋放的巨大能量而起殺傷破壞作用的武器。 沖擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和電磁脈沖 原子彈、氫彈，特殊性能彈1）核武器種類及原理22 核武器研制的關(guān)鍵問題核材料材料的生產(chǎn)原子彈的臨界質(zhì)量、臨界與裂變點(diǎn)火的技術(shù)途徑、高能炸藥爆轟規(guī)律等氫彈聚變材料的點(diǎn)燃、利用適當(dāng)?shù)牟牧虾蜆?gòu)形實(shí)現(xiàn)熱核爆炸等2）核武器技術(shù)及發(fā)展23核武器核物理中子物理凝聚態(tài)物理計(jì)算物理爆轟與沖擊波物理等離子體物理流體力學(xué)輻射輸運(yùn)理論材料科學(xué)與工程加工工藝與制造環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)工程診斷技術(shù)

8、與工程總體設(shè)計(jì)工程電子學(xué)工程核武器技術(shù)：核武器物理 + 核武器工程2）核武器技術(shù)及發(fā)展24核武器的投射 洲際彈道導(dǎo)彈 戰(zhàn)略轟炸機(jī) 陸、海、空“三位一體” 現(xiàn)代核威懾力量2）核武器技術(shù)及發(fā)展25核武器的性能評價及技術(shù)發(fā)展方向 比威力 核裝料利用率 干凈化程度 突防能力 可靠性 安全性 生存能力2）核武器技術(shù)及發(fā)展核武器分代及新型核武器 26核武器的出現(xiàn)德國 美國 日本核試驗(yàn)美1056 俄715 英45 法2093）核武器的現(xiàn)狀及未來可部署核彈頭的最新統(tǒng)計(jì)美2150 俄2430 英185法、中、印、巴、以、朝2018年前美俄可部署戰(zhàn)略核彈頭限制在1550枚27美 國核武器作用：核威懾、核實(shí)戰(zhàn)并重，

9、保持戰(zhàn)略穩(wěn)定， 對盟國延伸保護(hù)。使用原則： 拒絕承諾不首先使用核武器，承諾不對締結(jié)并遵守NPT無核國家使用核武器。發(fā)展趨勢： 核與非核結(jié)合，進(jìn)攻與防御結(jié)合，陸?？仗煲惑w化、信息化作戰(zhàn)，從精確打擊向全球快速打擊發(fā)展。主要機(jī)構(gòu)： 能源部下屬的洛斯阿拉莫斯、勞倫斯里弗莫爾、圣迪亞等3個國家實(shí)驗(yàn)室以及5個核軍工廠3）核武器的現(xiàn)狀及未來28俄羅斯。確保國家安全的最重要因素，維持國際戰(zhàn)略平衡和保持大國地位。放棄“不首先使用”，轉(zhuǎn)到“先發(fā)制人”的核打擊。主要研究機(jī)構(gòu)是俄羅斯聯(lián)邦核中心-全俄試驗(yàn)物理科學(xué)研究院3）核武器的現(xiàn)狀及未來英國。防止?jié)撛谇致哉咄{國家關(guān)鍵利益。最低限度核威懾戰(zhàn)略，與美國和北約核戰(zhàn)略聯(lián)系

10、緊密。911事件后從強(qiáng)調(diào)第二次核打擊能力轉(zhuǎn)向先發(fā)制人。主要機(jī)構(gòu)是埃德瑪斯頓原子武器院。法國。國家安全與國防政策的基礎(chǔ)，是主權(quán)自由發(fā)揮和維護(hù)重要利益的保障，是大國地位的象征和體現(xiàn)。主要機(jī)構(gòu)是原子能委員會軍事應(yīng)用部，負(fù)責(zé)研制、試驗(yàn)和生產(chǎn)，下設(shè)里梅爾-凡倫頓中心負(fù)責(zé)核彈頭設(shè)計(jì)研究。中國。保持有限的核反擊力量，遏制他國可能的核攻擊。不首先使用核武器，自衛(wèi)防御核戰(zhàn)略，在國家遭受核襲擊時，使用導(dǎo)彈核武器或聯(lián)合其他軍種核力量，實(shí)施反擊。主張全面禁止和徹底銷毀核武器。29不擴(kuò)散核武器條約NPT 1968年開放，70年生效全面禁止核試驗(yàn)條約CTBT 1996年聯(lián)大通過 核裁軍進(jìn)程 國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的作

11、用 核出口供應(yīng)集團(tuán)（NSG）與核出口委員會(Zangger) 國際社會消除核武器的努力3）核武器的現(xiàn)狀及未來 國際熱點(diǎn)核問題 印度、巴基斯坦、以色列、朝鮮的核問題 伊拉克、伊朗、日本的核問題 核走私與恐怖主義威脅 302.2 核 電1）核電站原理2）世界核電發(fā)展的三個階段3）核電站反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展31定義：裝配了核燃料以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？煽劓?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的裝置。reactor 反應(yīng)堆 分類：用途、中子能量、核燃料、慢化劑、冷卻劑。1）核電站原理應(yīng)用：海、陸、空、天。32 核電站，又稱核電廠，以鈾、钚等作燃料，將裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電廠。1）核電站原理穩(wěn)壓器反應(yīng)堆汽輪機(jī)主泵蒸汽發(fā)生器發(fā)電

12、機(jī)給水泵凝汽器循環(huán)泵控制棒331951年世界第一次核能發(fā)電1954年世界第一座試驗(yàn)核電站2）世界核電發(fā)展的三個階段試驗(yàn)示范階段（19461965） 美國，Shippingport 原型壓水堆核電站、Dresden原型沸水堆核電站；蘇聯(lián)，100MW原型石墨沸水堆和265MW原型壓水堆；英、法、加、西德等選擇使用天然鈾核電站路線。34高速發(fā)展階段（19661980）歐美日經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，擔(dān)心石油供應(yīng)+核電經(jīng)濟(jì)性，制定龐大核電計(jì)劃。美國于19661973年簽約170GW。美國開始大規(guī)模出口經(jīng)濟(jì)性占優(yōu)的濃縮鈾反應(yīng)堆技術(shù)，法、瑞、日、西德等國先后改變技術(shù)路線；蘇聯(lián)及東歐核電快速發(fā)展；發(fā)展中國家購買核電廠，

13、引進(jìn)技術(shù)。2）世界核電發(fā)展的三個階段滯緩發(fā)展階段（1981）石油危機(jī)使經(jīng)濟(jì)發(fā)展減緩；大規(guī)模采用節(jié)能措施；天然氣的大規(guī)模使用；核電經(jīng)濟(jì)性下降；核電管理滯后；核事故的影響。353）核電站反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展36第3章 核技術(shù)應(yīng)用3.1 概述3.2 工業(yè)3.3 農(nóng)業(yè)3.4 醫(yī)療3.5 環(huán)保3.6 考古3.7 同輻公司及未來發(fā)展37核技術(shù)應(yīng)用(民用)動力非動力 熱中子（常規(guī)核電，海陸空天） 快中子 同位素 同位素生產(chǎn) 同位素儀表 同位素直接應(yīng)用反應(yīng)堆生產(chǎn)加速器生產(chǎn) 輻照 鈷源(） 加速器輻照（電子） 反應(yīng)堆輻照（中子輻照） 加速器產(chǎn)業(yè) 電子加速器 質(zhì)子、重離子加速器3.1概述38油田測井技術(shù)煙霧報(bào)警儀輻照

14、交聯(lián)接枝改性輻照輪胎料位計(jì)X射線探傷等離子束輻射加工集裝箱檢測等安防系統(tǒng)3.2 工 業(yè)39 輻射育種示蹤劑昆蟲不育技術(shù)種子太空照射食品保鮮輻照滅菌3.3 農(nóng) 業(yè)40同位素造影術(shù)腫瘤放射治療放射性診斷醫(yī)學(xué)示蹤劑技術(shù)消毒滅菌藥物作用機(jī)理研究生物醫(yī)學(xué)研究 核醫(yī)學(xué)3.4 醫(yī) 療41環(huán)境污染分析, PM2.5生活/工業(yè)廢水處理火電廠煙氣脫硫脫硝垃圾處理廠二惡英 3.5 環(huán) 境42碳-14考古年代耶穌基督“裹尸布”的傳說拿破侖死亡之謎三星堆另一支史前文化？ 微量元素的定性及定量測定3.6 考 古43英 國 Isotron輻照公司，Amersham 阿默薩姆（全球同位素藥物標(biāo)記物等最大的生產(chǎn)商）加拿大 MD

15、S Nordion 諾迪安 （最大的60Co生產(chǎn)商）美 國 Sterigenics輻照公司， Steris Isomedix輻照公司， Canberra 核儀器公司，Raychem（世界首家輻射加工高技術(shù)跨國公司）比利時 IBA （世界上最大的輻照加速器成套設(shè)備生產(chǎn)公司）中 國 中國同位素與輻射公司同輻技術(shù)的發(fā)展趨勢3.7 同輻公司及未來發(fā)展44第4章 核能在世界能源中的地位與作用4.1 為人類提供長期穩(wěn)定的能源4.2 核電是經(jīng)濟(jì)清潔安全的新能源454.1 為人類提供長期穩(wěn)定的能源人類生存發(fā)展面臨能源的嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 化石燃料資源有限，不可能長期滿足人類生存發(fā) 展需要。 常規(guī)能源有限，幾十或數(shù)百年將

16、耗盡！ 直接燃燒化石燃料，給環(huán)境造成嚴(yán)重威脅 排放大量有害物質(zhì)： 一氧化碳、煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳（溫室效應(yīng)）；三、四苯芘（強(qiáng)致癌）；放射性飄塵（輻射損傷）。 煤污染最嚴(yán)重，石油次之，天然氣相對干凈核能為人類生存發(fā)展提供長期穩(wěn)定的能源！464.2 核電是經(jīng)濟(jì)清潔安全的新能源核電的經(jīng)濟(jì)性核電站：建造成本高，燃料成本低 100萬千瓦，每年30噸核燃料（235U消耗 1噸） 煤電站：低能、耗料量大 建造成本低，燃料成本高 100萬千瓦，每年330萬噸優(yōu)質(zhì)煤 (每天150節(jié)60噸車皮)在一定條件下，核電成本比煤電低 1999年美國核電成本每度1.88美分，煤電是2.07 美分，油電是3.18美分，天然氣是3.52美分。 發(fā)達(dá)國家環(huán)保要求，煤電要加脫硫裝置，增加煤電成本。47核電的清潔性沒有化學(xué)燃燒、不排放有害物質(zhì)，對保護(hù)環(huán)境有重要意義。世界每年排放200多億噸CO