核能-關(guān)于2013屆本科畢業(yè)生在線調(diào)查發(fā)布的通知

核能核能的發(fā)現(xiàn)

1905年，愛因斯坦提出質(zhì)能方程E=mc^2，揭示了質(zhì)量和能量的聯(lián)系，指出了獲取能量的新途徑。1939年，哈恩和史特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了鈾235的裂變。1942年，費米等在芝加哥大學(xué)建成了核反應(yīng)堆。1945年7月16日，世界第一顆原子彈“瘦子”，于在美國新墨西哥州阿拉莫戈多附近的沙漠地區(qū)進行核試驗成功。1954年，前蘇聯(lián)建成了世界上的第一座核電站。從此，人類打開了核能利用的大門。核能的優(yōu)點

1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染。

2.核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。

3.核能是高度濃集的能源，又是地球上儲量最豐富的能源。地球上已探明的鈾礦和釷礦所含能量相當于有機燃料的20倍。地球上海水中所含的氘約40萬億噸，可供人類使用上萬年。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以完成運送。

5.核能發(fā)電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。核裂變核裂變(Nuclearfission)又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾鈾、釷、钚等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……，使過程持續(xù)進行下去，這種過程稱作鏈式反應(yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能。（想像一下我們有很多打開的老鼠夾子，每個夾子上都有兩個彈珠，當一個夾子把彈珠彈出去的時候正好彈到另一個夾子上，引發(fā)這個夾子把自己的彈珠彈出去并射到別的夾子上……這樣越來越多夾子被別的彈珠彈到并彈出自己的彈珠，直到夾子全部關(guān)上。這就是核鏈式反應(yīng)的原理。）（這段不放，我自己說）裂變反應(yīng)方程式235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n，以上只是典型的兩個鏈式反應(yīng)，通過質(zhì)能方程E=mc^2，我們可以計算出1g鈾235反應(yīng)可以放出8.1×10^7kJ的能量，相當于約2.7×10^6g煤燃燒所放出的能量，可見核能的巨大。核聚變核聚變是指由質(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。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。典型的聚變反應(yīng)

411H—→42He+20n+1e+2.67×10^7eV21H+21H—→32He+10n+3.2×10^6eV

21H+21H—→31He+11H+4×10^6eV

31H+21H—→42He+10n+1.76×10^7eV盡管核聚變比核裂變發(fā)出的能量還要大，但是目前人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出?？茖W(xué)家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來還有很長的路要走。關(guān)于核電站核電站的發(fā)電原理核電站是怎樣發(fā)電的呢？簡而言之，它是以核反應(yīng)堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生熱量，來加熱水使之變成蒸汽。使核能轉(zhuǎn)變成熱能。蒸汽通過管路進入汽輪機，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電，使機械能轉(zhuǎn)變成電能。一般說來，核電站的汽輪發(fā)電機及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應(yīng)堆。熱中子反應(yīng)堆熱中子反應(yīng)堆是指能夠在受控下(所以不會發(fā)生原子彈那樣爆炸)持續(xù)進行核裂變鏈式(連鎖)反應(yīng)的裝置。所以把它叫做“堆”，是因為世界上第一個核反應(yīng)堆是用石墨塊(用以控制反應(yīng)速度)和金屬鈾塊(反應(yīng)燃料)一層一層交替地“堆”起來而構(gòu)成的。后來，其他不用石墨的核反應(yīng)裝置，仍沿用這種叫法。熱中子反應(yīng)堆是一種進行核裂變的反應(yīng)堆。目前，已經(jīng)實用化的核反應(yīng)堆有輕水堆和重水堆(重水是氫的同位素氘(重氫)同氧的化合物)之別。目前使用的多為輕水堆。在輕水堆中，水被兼作減速(和石墨一樣起控制反應(yīng)速度的作用)和冷卻用。輕水堆又可分為壓水型和沸騰水型的，現(xiàn)在大多數(shù)核電站用的都是壓水型的。熱中子反應(yīng)堆容易發(fā)生裂變的核有233U、235U、239Pu，而自然界中只有235U，且含量很低。但是自然界中的238U、232Th儲量比較豐富！為提高核燃料的利用率就可以用快中子增殖堆使238U轉(zhuǎn)化為239Pu，使232Th轉(zhuǎn)化為233U。使用快中子的原因是燃料在快中子作用下發(fā)生裂變產(chǎn)生的中子比較多，除了維持裂變反應(yīng)外還有剩余的中子使可裂變核U238或Th232發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成易裂變核Pu239或U233。增殖反應(yīng)的方程式如下：

238U＋n→239U→239Np→239Pu232Th＋n→233Th→233Pa→233U快中子增殖堆使用快中子譜，因此不要慢化劑，冷卻劑使用液態(tài)金屬，因其核質(zhì)量較大，不產(chǎn)生慢化。常用的是液態(tài)鈉。快中子堆還有另外一個重要作用，就是焚燒！它可以利用快中子將熱中子反應(yīng)堆中產(chǎn)生的長壽命放射性元素?zé)簦瑴p少對環(huán)境的污染與對后代的威脅。但是燃料初裝量大，倍增時間長的問題是快堆發(fā)展的不利因素?？煽鼐圩兌芽煽鼐圩兌牙煤司圩兡軄戆l(fā)電。如果可控聚變堆成功了水中的氘和氚足以滿足人類幾十億年對能量的要求。實現(xiàn)可控聚變難度相當大，首先要滿足以下三個條件：反應(yīng)溫度要達到一億攝氏度，并且此時處于高溫等離子態(tài)的反應(yīng)物不能與器壁碰撞；等離子體約束時間要達到1s；等離子體密度要達到每立方厘米500萬億個。目前主要研究的有通過激光約束、磁約束、慣性約束和μ介質(zhì)催化等離子體的穩(wěn)定約束。核聚變較之核裂變有兩個重大優(yōu)點：一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據(jù)測算，每升海水中含有0.03克氘，所以地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于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進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。二是既干凈又安全。因為它不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進行，所以是安全的。關(guān)于核武器

原子彈是利用重核裂變瞬間釋放出巨大能量，引起殺傷破壞的武器。原子彈里用于裂變的材料是鈾或钚兩種元素的同位素——鈾-235或钚-239，它們的原子核在接受到一個中子后，就會分裂成大小、重量差不多的兩個原子核，同時釋放出約200MeV的能量。鈾的比重和黃金差不多，所以1摩爾的鈾也就和250克的金條差不多大，可以放在手心里。這些原子如果全部裂變的話，能量相當驚人，差不多相當于600噸煤完全燃燒所釋放的能量。1kg的鈾-235或钚-239完全裂變，釋放出的能量大約等于2萬噸烈性的TNT炸藥爆炸的威力。鈾-235的原子核裂變時，還會放出中子，有時一個也沒有，有時能達到6個，平均有2.5個。這就是說，一個中子引起的核裂變，會放出2.5個中子。而這些中子又會引起周圍原子核的裂變，于是就會象雪崩一樣引起一連串的原子核裂變，這個過程就叫鏈式反應(yīng)。但是這些中子未必都會引起新的裂變，譬如由于原子核十分微小，所以中子不一定能接觸到鈾核，如果鈾塊不夠大的話，有些中子就會飛出鈾塊，不能引起新的裂變。當然，鈾塊中的雜質(zhì)也會吸收中子，使新的裂變不能進行。能使裂變材料的鏈式反應(yīng)能持續(xù)進行的最小的體積稱之為臨界體積，這時它的質(zhì)量成為臨界質(zhì)量。臨界質(zhì)量和裂變材料的種類、純度、密度以及幾何形狀密切相關(guān)，如果材料包裹以中子反射材料的話，還可以降低臨界質(zhì)量。據(jù)網(wǎng)上說一般球形純鈾-235的臨界質(zhì)量約為50kg，δ相钚-239則為15～16kg；而加裝中子反射材料后，鈾-235的臨界質(zhì)量只有15kg了，而δ相钚-239則只有10～11kg了。之所以材料加工成球形，是因為體積一定時，球形表面積最小，中子泄漏也就減少了。氫彈hydrogenbomb氫彈：利用原子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘、氚、氘化鋰-6等輕原子核的聚變反應(yīng)瞬時釋放出巨大能量的核武器。又稱聚變彈、熱核彈。氫彈的殺傷破壞因素與原子彈相同，但威力比原子彈大得多。原子彈的威力通常為幾百至幾萬噸級梯恩梯當量，氫彈的威力則可大至幾千萬噸級梯恩梯當量。還可通過設(shè)計增強或減弱其某些殺傷破壞因素，其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能比原子彈更好，用途也更廣泛。氫彈具有巨大殺傷破壞威力，它在戰(zhàn)略上有很重要的作用。對氫彈的研究與改進主要在3個方面：①提高比威力和使之小型化。②提高突防能力、生存能力和安全性能。③研制各種特殊性能的氫彈。氫彈的運載工具一般是導(dǎo)彈或飛機。為使武器系統(tǒng)具有良好的作戰(zhàn)性能，要求氫彈自身的體積小、重量輕、威力大。因此，比威力的大小是氫彈技術(shù)水平高低的重要標志。當基本結(jié)構(gòu)相同時，氫彈的比威力隨其重量的增加而增加。中子彈中子彈(neutronbomb)，又稱增強輻射武器(enhancedradiationweapon)，是以高能中子為主要殺傷因素、相對減弱沖擊波和光輻射效應(yīng)的一種特殊設(shè)計的小型氫彈。中子彈的特點是爆炸釋放的能量不高，但核輻射很強。根據(jù)美國核物理學(xué)家S.T.柯恩提供的資料，在150米高度爆炸時，中子彈的輻射殺傷半徑與威力大10倍的裂變武器的相當，約為同威力武器輻射殺傷半徑的2倍，即殺傷面積的4倍。核潛艇核潛艇是潛艇中的一種類型，指以核反應(yīng)堆為動力來源設(shè)計的潛艇。由于這種潛艇的生產(chǎn)與操作成本，加上相關(guān)設(shè)備的體積與重量，只有軍用潛艇采用這種動力來源。核潛艇水下續(xù)航能力能達到20萬海里，自持力達60-90天。核潛艇按照任務(wù)與武器裝備的不同，可分以下幾類：攻擊型核潛艇，它是一種以魚雷為主要武器的核潛艇，用于攻擊敵方的水面艦船和水下潛艇；彈道導(dǎo)彈核潛艇，以彈道導(dǎo)彈為主要武器，也裝備有自衛(wèi)用的魚雷，用于攻擊戰(zhàn)略目標；巡航導(dǎo)彈核潛艇，以巡航導(dǎo)彈為主要武器，用于實施戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)攻擊。

核泄漏核能外泄最主要原因，就是核子反應(yīng)爐核心冷卻系統(tǒng)故障，導(dǎo)致控制輻射的相關(guān)設(shè)備失常。雖說核能外泄不一定全然包括核子災(zāi)害，但是已經(jīng)是已知核能應(yīng)用上的最大環(huán)保隱憂。另外，核能外泄雖也可指使用核能發(fā)電的航海器具所發(fā)生的災(zāi)害，尤其是潛艦，不過一般說來是指用來發(fā)電的核能電廠發(fā)生的核熔毀事件，例如：切爾諾貝利核事故。核泄漏對人體的影響放射性物質(zhì)的衰變中產(chǎn)生電離輻射。它能破壞人體組織里分子和原子之間的化學(xué)鍵，可能對人體重要的生化結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生嚴重影響。我們的身體會嘗試修復(fù)這些損傷，但是有時損傷過于嚴重或涉及太多組織與臟器，以至于不可能修復(fù)。而且，身體在自然修復(fù)過程中，也很可能產(chǎn)生錯誤。最容易為輻射所傷的身體部分包括腸胃上皮細胞以及生成血細胞的那些骨髓細胞。最大的長期健康風(fēng)險是癌癥。通常當體細胞受損或老化到一定程度時，它們會自我消除。當這種自我消除的能力消失時，細胞獲得“永生”，可以不受控制地不斷地分裂，這就演化成癌癥。我們的機體有許多機制來阻止細胞癌變，并替換受損的組織。然而輻射所帶來的損害可以嚴重攪亂機體中的這些機制，從而讓癌癥風(fēng)險大大提高。此外，如果機體不能很好的修復(fù)輻射帶來的對化學(xué)鍵的破壞和改變，我們的基因里有可能會產(chǎn)生突變。這些突變不但增高自身的癌癥風(fēng)險，還有可能被傳遞下去，使得輻射的作用在子孫身上展現(xiàn)出來。這些作用包括較小的頭部與腦部、眼部發(fā)育缺陷、生長緩慢和嚴重的認知學(xué)習(xí)缺陷。氦-3人類未來的新能源①氦－3是一種清潔、安全和高效率的核融合發(fā)電燃料。開發(fā)利用月球土壤中的氦---3將是解決人類能源危機的極具潛力的途徑之一。②氦—3是氦的同位素，含有兩個質(zhì)子和一個中子。它有許多特殊的性質(zhì)。根據(jù)稀釋制冷理論，當氦—3和氦—4以一定的比例相混合后，溫度可以降低到無限接近絕對零度。在溫度達到2.18k以下的時候，液體狀態(tài)的氦---3還會出現(xiàn)“超流”現(xiàn)象，即沒有粘滯性，它甚至可以從盛放的杯子中“爬”出去。然而，當前氦—3最被人重視的特性還是它作為能源的潛力。氦—3可以和氫的同位素發(fā)生核聚變反應(yīng)，但是與一般的核聚變反應(yīng)不同，氦—3在聚變過程中不產(chǎn)生中子，所以放射性小，而且反應(yīng)過程易于控制，既環(huán)保又安全，但是地球上氦—3的儲量總共不超過幾百公斤，難以滿足人類的需要?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，雖然地球上氦—3的儲量非常少，但是在月球上，它的儲量卻是非?？捎^的。③氦大部分集中在顆粒小于50微米的富含鈦鐵礦的月壤中。估計整個月球可提供71.5萬噸氦—3。這些氦—3所能產(chǎn)生的電能，相當于1985年美國發(fā)電量的4萬倍，考慮到月壤的開采、排氣、同位素分