新能源變換技術(shù)C8-核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)

新能源變換技術(shù)張皓1/31/20231北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)核能資源概述以及利用方法核能發(fā)電1/31/20232北京印刷學(xué)院自動化教研室核能原子彈爆炸8.1核能資源概述以及利用方法第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)1/31/20233北京印刷學(xué)院自動化教研室(1)核能又稱原子能。它是指原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（核裂變、核聚變）時釋放出的能量。核能比化石燃料燃燒放出的能量大得多。1kg鈾235=1800t石油或2800t標(biāo)準(zhǔn)煤。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/20234北京印刷學(xué)院自動化教研室它是指一個重原子核分裂成2個較輕的新原子核的過程，有自發(fā)和誘導(dǎo)兩種，一般的核裂變指后者；用來進(jìn)行核裂變反應(yīng)并連續(xù)釋放能量的物質(zhì)，稱核裂變?nèi)剂稀?/p>

鈾=鈾238（99.28%）+鈾235（0.714%）+鈾234（0.006%）第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)(2)核裂變反應(yīng)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/20235北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)(2)核裂變反應(yīng)8.1核能資源概述以及利用方法核燃料235U是自然界僅有的能由熱中子誘發(fā)裂變的核素。238U是只能由快中子（>1MeV）誘發(fā)裂變，其主要原因是238U是偶偶核素，外來中子的結(jié)合能比較小。1/31/20236北京印刷學(xué)院自動化教研室“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”：如果核裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子再引起其它的鈾核裂變，就可使核裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度極快，兩次反應(yīng)間隔時間只有2x10-14秒。在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，后一代中子數(shù)與前一代中子數(shù)之比稱為倍增系數(shù)（k）。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)(2)核裂變反應(yīng)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/20237北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的裂變Pu的生產(chǎn)U分離技術(shù)是制造原子彈的關(guān)鍵技術(shù)第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/20238北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的裂變自發(fā)裂變：勢壘貫穿1940年，首次發(fā)現(xiàn)U的自發(fā)裂變；230Th有可能發(fā)生自發(fā)裂變，T>1.51017a;235U可發(fā)生自發(fā)裂變，T=1.81017a;239Pu可發(fā)生自發(fā)裂變，T=5.51013a;第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)259Md自發(fā)裂變，T=1.8h;254Cf自發(fā)裂變，T=60.5d;252fAm自發(fā)裂變，T=14ms;8.1核能資源概述以及利用方法1/31/20239北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的裂變一個U原子可以提供約185MeV的能量，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)的一億倍?。?！一個U原子可以提供2.5中子，可以維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?。?！裂變能量分配：每個235U裂變釋放約200MeV碎片的動能：170MeV中子的動能：5MeVb-,g的能量：15MeV中微子能量：10MeV第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202310北京印刷學(xué)院自動化教研室是指兩個或兩個以上較輕的原子核聚合成一個較重的原子核的反應(yīng)；核聚變?nèi)剂现饕菤浼捌渫凰仉碗?。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法(3)受控核聚變1/31/202311北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法(3)受控核聚變聚變條件庫侖勢壘：144KeV272keV5.6108K聚變溫度：~108K，等離子體狀態(tài)等離子體密度足夠大，必須維持足夠長的時間。Lawson判據(jù)：nt=1014s/cm3

T=10keV1/31/202312北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的聚變太陽能引力約束聚變碳循環(huán)：第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202313北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的聚變質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)：溫度低于1.8x107K，質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)為主第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202314北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的聚變太陽每天燃燒5x1013噸氫，相當(dāng)于3.5x1011噸的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量；所釋放的能量相當(dāng)于每秒爆炸900億顆百萬噸級的氫彈太陽的質(zhì)量：2x1027噸；太陽核巨變反應(yīng)：引力約束等離子體；碳循環(huán)周期：6x106年，質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)周期：3x109年太陽的外層溫度：6000K,太陽的中心溫度：15,000,000K第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202315北京印刷學(xué)院自動化教研室原子核的聚變氫彈慣性約束聚變d+T反應(yīng)截面比d+d反應(yīng)大兩個數(shù)量級T的制備氫彈方案：高效炸藥+裂變原料+氘化鋰氫彈是不可控的熱核反應(yīng)第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202316北京印刷學(xué)院自動化教研室受控核聚變具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)質(zhì)能比高，是同質(zhì)量核裂變釋放能量的4倍；(2)原料足，從海水中可大量提取氘和氚；(3)無放射性，安全、清潔、不污染。核聚變能的和平利用目前尚處于研究階段。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202317北京印刷學(xué)院自動化教研室熱中子反應(yīng)堆對天然鈾的利用率很低（只有0.7%）；快中子增殖反應(yīng)堆以钚239為裂變?nèi)剂希M成堆芯，以鈾238包圍在堆芯周圍，作為增殖層。可使天然鈾的利用率達(dá)到60%~70%。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)(4)核電第二代——快中子增殖反應(yīng)堆8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202318北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202319北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202320北京印刷學(xué)院自動化教研室中國核能發(fā)展的背景1964.10試爆原子彈1967.06試爆原子彈1971.10核子潛艇下水1980.以軍事技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展核電第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.1核能資源概述以及利用方法1/31/202321北京印刷學(xué)院自動化教研室核能英國的原子能發(fā)電站第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202322北京印刷學(xué)院自動化教研室(3)核電站利用核能來發(fā)電的裝置稱為核電站，目前大多數(shù)核電站是利用核裂變能來發(fā)電的；核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆有多種類型，目前運(yùn)行的核電站以熱中子輕水堆居多；第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)1/31/202323北京印刷學(xué)院自動化教研室(3)核電站1954年，前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站；現(xiàn)在世界上有30多個國家的400多座核電站在運(yùn)行，占世界總電力的20%左右；我國秦山核電站、大亞灣核電站已建成和正式發(fā)電，秦山二期、三期核電工程、嶺澳核電工程、連云港核電工程也將于近年內(nèi)建成發(fā)電。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)1/31/202324北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)300MWPWR自行設(shè)計、建造95%件數(shù)(70%金額)自產(chǎn)1985-1991，6.5年完成1998後，停機(jī)修理共14個月8.2核能發(fā)電1/31/202325北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)秦山二期300MWPWR機(jī)型之放大2×600MWPWR自行設(shè)計、建造，55%自產(chǎn)工程費(fèi)用148億人民幣($1330/KW)1996開工8.2核能發(fā)電1/31/202326北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)秦山三期2×728MWCANDU加拿大設(shè)計技術(shù)工程費(fèi)用$28.8億美元8.2核能發(fā)電1/31/202327北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)廣東一期(大亞灣)引進(jìn)法國技術(shù)2×900MWPWR1984整地，994，1995商轉(zhuǎn)工程費(fèi)用40億美元8.2核能發(fā)電1/31/202328北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)廣東二期(領(lǐng)澳)2×1000MWPWR與法國法馬通合作工程費(fèi)用$45億美元8.2核能發(fā)電1/31/202329北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202330北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202331北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202332北京印刷學(xué)院自動化教研室核能1千克鈾的原子核所釋放的熱量，大約相當(dāng)于3570噸煤燃燒時的熱量。發(fā)電量為100萬千瓦的電站核燃料為30噸/年六輛解放牌載重汽車運(yùn)輸火力電站300多萬噸煤/年三列火車×40節(jié)車皮/天運(yùn)輸?shù)诎苏潞四荛_發(fā)與應(yīng)用技術(shù)1/31/202333北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202334北京印刷學(xué)院自動化教研室核能核能發(fā)電示意圖第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202335北京印刷學(xué)院自動化教研室核電站第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202336北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202337北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202338北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202339北京印刷學(xué)院自動化教研室核電站的安全性一般來說，如果防范措施得當(dāng)，核電站是很安全的。歷史上曾發(fā)生過兩次核電站核泄露事故：

一次是1979年3月18日，美國三里島核電站堆芯熔毀；另一次是1986年4月26日，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站4號反應(yīng)堆發(fā)生爆炸。第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202340北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202341北京印刷學(xué)院自動化教研室核電站的問題核電站的主要問題：放射性核廢料的處理放射性核廢料儲存放射性核廢料最終處置第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202342北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202343北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)8.2核能發(fā)電1/31/202344北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)1、發(fā)電技術(shù)的未來發(fā)展——核電——百萬千瓦級核電站技術(shù)發(fā)展自主設(shè)計的百萬千瓦級的壓水堆核電站8.2核能發(fā)電1/31/202345北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)1、發(fā)電技術(shù)的未來發(fā)展——核電——先進(jìn)核電技術(shù)研究“先進(jìn)堆”，以滿足更高的安全性、經(jīng)濟(jì)性、核廢料處置和防止核擴(kuò)散的要求建設(shè)快堆、高溫氣冷堆的示范工程有朝一日聚變堆將為人類提供永不枯竭的清潔能源8.2核能發(fā)電1/31/202346北京印刷學(xué)院自動化教研室第八章核能開發(fā)與應(yīng)用技