核能新能源概述課件(ppt 52頁(yè)).ppt

1、新能源利用技術(shù),王一平 教授 天津大學(xué)化工學(xué)院 2013.6.3,第七章 核能,主要內(nèi)容,概述 核能的和平利用 核能存在的問(wèn)題,一、概述,1.原子核的結(jié)合能,原子核是由質(zhì)子和中子組成的，它的質(zhì)量等于所有質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和,根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能關(guān)系，原子核的結(jié)合能為： E=(m)c2,mx=Zmp+(A-Z)mn,但實(shí)驗(yàn)測(cè)定的原子質(zhì)量mx總是小于所有核子質(zhì)量之和，這一差值稱為原子核的質(zhì)量虧損,m=Zmp+(A-Z)mn-mX,質(zhì)子和中子組成核的過(guò)程中，有能量E釋放出來(lái)。反之，要使原子核再分解為單個(gè)的質(zhì)子和中子就必須吸收E的能量,氘核吸收E能量后分解為質(zhì)子和中子,E,氘,質(zhì)子,中子,原子結(jié)合能的計(jì)算

2、,一原子質(zhì)量單位,具有能量,質(zhì)子質(zhì)量,中子質(zhì)量,核子平均結(jié)合能,原子核的結(jié)合能,核子的比結(jié)合能越大，原子核就愈穩(wěn)定,原子核的結(jié)合能非常大，所以一般原子核都是非常穩(wěn)定的系統(tǒng)。然而，不同原子核的穩(wěn)定程度不同,每個(gè)核子的平均結(jié)合能稱為比結(jié)合能,a.最輕和最重的核的比結(jié)合能較小。 b.大多數(shù)中等質(zhì)量的核，比結(jié)合能較大且近似相等(都在8MeV左右)。這說(shuō)明中等質(zhì)量的核最穩(wěn)定,獲得核能途徑有：裂變和聚變,裂變炸彈鈾彈,聚變炸彈氫彈,用能量為1eV以下的慢中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核會(huì)分裂為兩個(gè)質(zhì)量相近的中等質(zhì)量的核，同時(shí)放出一至三個(gè)快速中子。這種重核分裂為中等質(zhì)量核的過(guò)程稱為重核的裂變。 裂變后形成的中等質(zhì)量的核

3、具有過(guò)多的中子，由于中子具有放射性，所以這些中等質(zhì)量的核是不穩(wěn)定的。它們通過(guò)一系列的衰變，放射性的中等質(zhì)量的核才轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定核,2、裂變,原子彈：鈾核裂變時(shí)放出巨大的能量，同時(shí)放出多于二個(gè)中子，若分裂時(shí)放出的中子全部被別的鈾核吸收，又引起新的裂變，這樣，裂變的數(shù)目將按指數(shù)規(guī)律增大，結(jié)果形成一發(fā)散的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這就是原子彈中發(fā)生的情況。 受控核反應(yīng)：如果在受控條件下，每次裂變平均只有一個(gè)中子引起新的裂變，維持穩(wěn)定的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這就是核反應(yīng)堆中的情況,根據(jù)原子核鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的 原理，在意大利物理學(xué)家費(fèi) 米的領(lǐng)導(dǎo)下，世界上第一座 原子核反應(yīng)堆于1942年12月 6日芝加哥大學(xué)試驗(yàn)成功， 把人類帶進(jìn)了原子能

4、時(shí)代,根據(jù)原子核鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的原理，美國(guó)于1945 年7月16日爆炸了世界上第一顆原子彈,我國(guó)于1964年10月16日爆炸了第一顆原子彈,3、氫核聚變,氫彈爆炸,氫彈：利用氘、氚（氫的同位素）等輕原子核的聚變反應(yīng)原理制成的核武器通常稱為氫彈。 氫彈反應(yīng)式,氫彈結(jié)構(gòu)示意圖,不受控制的聚變已于1952年11月1日實(shí)現(xiàn)，這 就是氫彈爆炸,1954年3月1日實(shí)現(xiàn)，美國(guó)在太平洋上的比基尼 島進(jìn)行了一次威力巨大的氫彈爆炸實(shí)驗(yàn)，這顆 氫彈產(chǎn)生的破壞力是投向廣島的原子彈的750倍,我國(guó)于1967年6月17日爆炸了第一顆氫彈,太陽(yáng)的能量來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變，地球的能 量主要來(lái)自太陽(yáng)能,二、核能的和平利用,1、核

5、電站 如果使原子核的裂變和聚變?cè)诳梢钥刂频?條件下緩慢地進(jìn)行，則釋放出的核能就可以被 有效地利用,1954年6月17日世界上第一座核電站前蘇聯(lián) 的奧布靈斯克核電站建成并投入使用,核電站原理,核電站就是利用原子核裂變時(shí)產(chǎn)生的巨大 熱量，使水變成蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再帶 動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,核電站原理,核電站發(fā)電過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化,核能,內(nèi)能,機(jī)械能,電能,核能發(fā)電優(yōu)點(diǎn),1.干凈環(huán)保，基本上不排放有害氣體，尤其是不排放溫室氣體； 2.消耗燃料少，燃料運(yùn)輸成本低。 （大亞灣核電站每年僅需消耗核燃料60噸左右 ，而同等規(guī)模的火力發(fā)電站則每年需要消耗燃煤600萬(wàn)噸左右。,核電站的廢物處理系統(tǒng),核能利用前景,目

6、前，全世界核電站的發(fā)電量約占總發(fā)電量的20%。2030年將達(dá)到25%。 我國(guó)十分重視核能的利用，目前，秦山核電站和大亞灣核電站已經(jīng)運(yùn)行發(fā)電，幾座新的核電站正在建設(shè)之中,受控制的核聚變?nèi)匀辉谘芯恐?，如果成功將?底解決人類的能源問(wèn)題,2、產(chǎn)生動(dòng)力,作為動(dòng)力推動(dòng)船艦，原子破冰船，核動(dòng)力 商船等。 優(yōu)點(diǎn)：續(xù)航力強(qiáng)，馬力大，航速高,美國(guó)的尼米茲級(jí)航母應(yīng)用的核動(dòng)力在不加任何燃料的情況下可續(xù)航20年,3、生產(chǎn)新的核燃料,U238產(chǎn)生Pu239 Th232產(chǎn)生U233 中子轟擊Li產(chǎn)生核聚變材料氚 有的反應(yīng)堆生產(chǎn)出來(lái)的核燃料甚至比消耗掉的核燃料還多。 危險(xiǎn)的钚,4、生產(chǎn)放射性同位素,生產(chǎn)放射性同位素兩種方法

7、: 從乏燃料的裂變產(chǎn)物和次要錒系元素中提取出有用的放射性同位素，比如銫Cs137。 將純的非放射性同位素放在反應(yīng)堆的中子通道中以中子照射生產(chǎn)放射性同位素，比如用鈷Co59生產(chǎn)Co60,5、進(jìn)行中子活化分析,活化分析是一種核分析方法，它的基礎(chǔ)是核反應(yīng)。該法是用一定能量和流強(qiáng)的中子，帶電粒子或者高能光子轟擊待測(cè)試樣，然后測(cè)定核反應(yīng)中生成的放射性核衰變時(shí)放出的緩發(fā)輻射或者直接測(cè)定核反應(yīng)中放出的瞬發(fā)輻射，從而實(shí)現(xiàn)元素的定性定量分析。 可以用來(lái)分析極少量（10-610-15g）的樣品。 花費(fèi)時(shí)間很短2min。 用于環(huán)境監(jiān)測(cè)或者分析罪證材料,6、中子照相,進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，X射線照相是穿透輕物質(zhì)，被重 物質(zhì)擋

8、住，中子照相是能穿透重物質(zhì)，但被輕物質(zhì) 擋住，二者互補(bǔ)，可以用于考證古代文物等,普通照相 中子照相 X射線照相,7、中子嬗變摻雜生產(chǎn)高質(zhì)量單晶硅,中子嬗變摻雜硅,將Si30放入原子反應(yīng)堆中輻 照，中子轟擊天然硅，將其中Si30變成Si31，Si31 經(jīng)過(guò)衰變（2.62h）變成磷31,8、放射線,小劑量放射線照射，并謹(jǐn)慎地加以控制，射線也可以為人類做許多事。 放射性同位素發(fā)出的射線可用于醫(yī)學(xué)診斷和治療,放射性同位素發(fā)出的射線已用于改良農(nóng)作物品種,放射性同位素發(fā)出的射線已用于食品保鮮,三、核能存在的問(wèn)題,技術(shù)不太成熟 放射性污染 核能的安全問(wèn)題 核能的防泄漏 核武器的威脅,放射性污染,放射性物質(zhì)的

9、標(biāo)志,人體受放射性危害，輕者頭暈、疲乏、脫發(fā)、紅斑、白血球減少或增多、血小板減少； 大劑量照射，還會(huì)引起白血病及骨、肺、甲狀腺癌變甚至死亡； 放射性還能引起基因突變和染色體畸變。 所以核電站需要建很厚的混凝土防護(hù)層，防止放射線照射對(duì)人體造成傷害，并且要防止放射性物質(zhì)泄漏造成放射性污染,射線,很多元素的原子核都會(huì)向外輻射出肉眼看不見的、能量很高的射線，如射線、 射線和射線。 射線：氦核（帶2個(gè)單位正電荷） 射線：高速運(yùn)動(dòng)的電子（帶 1 個(gè)單位負(fù)電荷） 射線：能量很高波長(zhǎng)很短的電磁波（不帶電,核能的安全性保障,高安全性的地理位置； 采取多道屏障的安全保法； 抗地質(zhì)災(zāi)害； 核廢料處理（中國(guó)規(guī)劃建設(shè)核

10、廢料處置庫(kù)一座，壽命為10000年）； 定期檢測(cè)輻射； 防襲擊（軍事保護(hù)力量強(qiáng)大,禁止核武器,假如核戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，人類將遭受浩劫，因此需要竭力避免發(fā)生這種戰(zhàn)爭(zhēng)。 各強(qiáng)國(guó)簽訂了不擴(kuò)散核武器條約,法國(guó)的核能,核能發(fā)電是法國(guó)最主要的電力來(lái)源，占總發(fā)電量比近80%。 法國(guó)是少數(shù)幾個(gè)將整個(gè)核燃料循環(huán)設(shè)施集中在本國(guó)領(lǐng)土上的國(guó)家之一，包括核轉(zhuǎn)換、鈾濃縮、生產(chǎn)、核燃料的后處理和再循環(huán)。 法國(guó)在核燃料循環(huán)的安全監(jiān)督方面堪稱世界典范。法國(guó)核安全與輻射防護(hù)研究院（ISRN）是核風(fēng)險(xiǎn)與核輻射方面進(jìn)行科研和鑒定公認(rèn)的專家。 法國(guó)核安全局根據(jù)法國(guó)2006年6月13日頒布的關(guān)于核透明與核安全第2006-686 號(hào)法令（稱作TS

11、N法）成立的核安全局是一個(gè)獨(dú)立的管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)監(jiān)督法國(guó)民用核生產(chǎn)，保護(hù)核從業(yè)人員和求助于放射療法的病人，保護(hù)公眾與環(huán)境，避免遭到核生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的威脅,美國(guó)的核能,美國(guó)為全世界最大核能發(fā)電國(guó)，目前共有104座正在運(yùn)行的核反應(yīng)堆，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)1.03億千瓦，占全美國(guó)發(fā)電量的20%。 美國(guó)的核航母是美國(guó)航母戰(zhàn)斗群的核心，其以核為動(dòng)力的潛艇，巡洋艦等也占據(jù)戰(zhàn)斗核心位置,中國(guó)的核能,2005年以來(lái)，中國(guó)批準(zhǔn)了13個(gè)核電項(xiàng)目，共34個(gè)機(jī)組，其中在建機(jī)組28臺(tái)，占全世界在建機(jī)組總數(shù)的40%多。 截至2010年年底，中國(guó)投入運(yùn)行的核電機(jī)組裝機(jī)容量為1000多萬(wàn)千瓦。 核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2010-2020年)，2020年核電裝機(jī)容量將達(dá)到8000萬(wàn)千瓦時(shí)。 2012年5月31日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議原則通過(guò)關(guān)于全國(guó)民用核實(shí)施綜合安全檢查情況的報(bào)告(簡(jiǎn)稱核安全報(bào)告)和核安全與放射性污染防治“十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)(簡(jiǎn)稱核安全規(guī)劃)。對(duì)于在運(yùn)和在建核電廠，核安全報(bào)告給出了總體“受控”的結(jié)論,Thank you,.）成立于2