魯教版九年級物理下冊 （核能）能源與可持續(xù)發(fā)展新教學(xué)課件

核能

第二十章能源與可持續(xù)發(fā)展核能

核能（或稱原子能）是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特·愛因斯坦的方程E=mc2，其中E=能量，m=質(zhì)量，c=光速常量。核能通過三種核反應(yīng)之一釋放：1、核裂變，打開原子核的結(jié)合力。2、核聚變，原子的粒子熔合在一起。3、核衰變，自然的慢得多的裂變形式。

發(fā)展簡史核能(nuclearenergy)是人類歷史上的一項偉大發(fā)現(xiàn)，這離不開早期西方科學(xué)家的探索發(fā)現(xiàn)，他們?yōu)楹四艿膽?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)末英國物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子。1895年

德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。1896年

法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性。1898年居里夫人與居里先生發(fā)現(xiàn)新的放射性元素釙。1902年居里夫人經(jīng)過4年的艱苦努力又發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳。

核能

核能發(fā)電利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。除沸水堆外（見輕水堆），其他類型的動力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動汽輪發(fā)電機。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個大氣壓左右的過飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動汽輪發(fā)電機。核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，利用產(chǎn)生的水蒸氣推動蒸汽輪機并帶動發(fā)電機。核反應(yīng)所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當(dāng)多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其馀皆為無法產(chǎn)生核分裂的鈾238。舉例而言，核電廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運載。如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬噸，相當(dāng)于每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來，剛好接近全臺灣692萬戶的瓦斯用量。核能發(fā)電

歷史簡史核能發(fā)電的歷史與動力堆的發(fā)展歷史密切相關(guān)。動力堆的發(fā)展最初是出于軍事需要。1954年，蘇聯(lián)建成世界上第一座裝機容量為5兆瓦(電)的奧布寧斯克核電站。英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年，有5個國家建成20座核電站，裝機容量1279兆瓦（電）。由于核濃縮技術(shù)的發(fā)展，到1966年，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實用階段。1978年全世界22個國家和地區(qū)正在運行的30兆瓦（電）以上的核電站反應(yīng)堆已達(dá)200多座,總裝機容量已達(dá)107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進(jìn)展更快。到1991年，全世界近30個國家和地區(qū)建成的核電機組為423核能套，總?cè)萘繛?.275億千瓦，其發(fā)電量占全世界總發(fā)電量的約16%。中國大陸的核電起步較晚，80年代才動工興建核電站。中國自行設(shè)計建造的30萬千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運行。大亞灣核電站于1987年開工，于1994年全部并網(wǎng)發(fā)電。

原理

核能發(fā)電的能量來自核反應(yīng)堆中可裂變材料(核燃料)進(jìn)行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾-235、核能钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個中子后發(fā)生裂變并放出兩三個中子。若這些中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變，使裂變自持地進(jìn)行，則這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的前提。原理圖優(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．核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，暫時沒有其他的用途。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。缺點1．核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當(dāng)大的政治困擾。2．核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裏，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。3．核能電廠投資成本太大，電力公司的財務(wù)風(fēng)險較高。4．核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉(zhuǎn)。5．興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。6．核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾造成傷害。

中國核能發(fā)展的趨勢核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸。核電的另一個優(yōu)勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，對于發(fā)展迅速環(huán)境壓力較大的中國來說，再合適不過。核能2008年1-11月，中國核力發(fā)電行業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值22,877,173,000元，比上年同期增長了5.13%；實現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入22,372,958,000元，比上年同期增長了12.15%；實現(xiàn)累計利潤總額10,548,918,000元，比上年同期增長了78.86%。中國正在加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度。積極發(fā)展核電、風(fēng)電、水電等清潔優(yōu)質(zhì)能源已刻不容緩。中國能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主體，清潔優(yōu)質(zhì)能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預(yù)計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。到2050年，根據(jù)不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國電力總裝機容量的10%）。中國國家發(fā)展改革委員會正在制定中國核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準(zhǔn)備到2020年中國電力總裝機容量預(yù)計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總?cè)萘康?%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當(dāng)于大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。從核電發(fā)展總趨勢來看，中國核電發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略路線早已明確并正在執(zhí)行，當(dāng)前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆。具體地說就是，近期發(fā)展熱中子反應(yīng)堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術(shù)路線，中期發(fā)展快中子增殖反應(yīng)堆核電站；遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上“永遠(yuǎn)”解決能源需求的矛盾。

核能開發(fā)價值核能俗稱原子能，它是原子核里的核子——中子或質(zhì)子，重新分配和組合時釋放出來的能量。核能分為兩類：一類叫裂變能，一類叫聚變能。核能有巨大威力。1公斤鈾原子核全部裂變釋放出來的能量，約等于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時所放出的化學(xué)能。一座100萬千瓦的核電站，每年只需25噸至30噸低濃度鈾核燃料，運送這些核燃料只需10輛卡車；而相同功率的煤電站，每年則需要300多萬噸原煤，運輸這些煤炭，要1000列火車。核聚變反應(yīng)釋放的能量則更巨大。據(jù)測算1公斤煤只能使一列火車開動8米；一公斤裂變原料可使一列火車開動4萬公里。地球上蘊藏著數(shù)量可觀的鈾、釷等裂變資源，如果把它們的裂變能充分利用，可以滿足人類上千年的能源需求。在大海里，還蘊藏著不少于20萬億噸核聚變資源——氫的同位元素氘，如果可控核聚變在21世紀(jì)前期變?yōu)楝F(xiàn)實，這些氘的聚變能將可頂幾萬億億噸煤，能滿足人類百億年的能源需求。更可貴的是核聚變反應(yīng)中幾乎不存在反射性污染。聚變能稱得上是未來的理想能源。因此，人類已把解決資源問題的希望，寄托在核能這個能源世界未來的巨人身上了謝謝觀看內(nèi)能及其改變

第十九章熱和能自強不息厚德載物

——清華校訓(xùn)學(xué)習(xí)并不是人生的全部。但，既然連人生的一部分——學(xué)習(xí)也無法征服，還能做什么呢？

——哈佛校訓(xùn)分子運動論的主要內(nèi)容1、物質(zhì)由分子構(gòu)成的2、一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則運動（熱運動）3、分子間存在相互作用的引力和斥力物體內(nèi)能的定義：物體內(nèi)能改變的兩種方式：熱傳遞高溫→低溫→內(nèi)能轉(zhuǎn)移→量度熱量氣體膨脹，氣體對活塞

，氣體內(nèi)能

，溫度

。物體對外做功，本身的內(nèi)能會減少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能做功的實質(zhì)：其它形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能內(nèi)能和其它形式的能相互轉(zhuǎn)化熱傳遞和做功在改變物體內(nèi)能上是等效的1、關(guān)于內(nèi)能，下例