能源公選論文

-.z.能源、環(huán)境與納米材料結(jié)課論文淺論中國核能開展：**：學(xué)院：專業(yè)：日期：-.z.核能利用的原理及特點(diǎn)1.1核裂變與核聚變原理物質(zhì)由原子和分子構(gòu)成，原子由原子核以及圍繞原子核的電子構(gòu)成，原子核又由質(zhì)子與中子構(gòu)成。但凡分子不發(fā)生改變的變化過程稱為物理變化，分子發(fā)生改變但是原子不改變的變化過程稱為化學(xué)變化，而核能是通過原子核的變化由質(zhì)量得到巨大的能量。核能分為核裂變能與核聚變能兩種：〔1〕核裂變：一個(gè)重原子核在吸收了一個(gè)能量適當(dāng)?shù)闹凶又笮纬梢粋€(gè)復(fù)合核，該核由于內(nèi)部不穩(wěn)定而分裂成兩個(gè)或者多個(gè)能量較小的原子核。主要是鈾-233、鈾-235、釙-239的裂變反響?！?〕核聚變：兩個(gè)輕原子核結(jié)合在一起釋放能量的反響。主要包括氘〔重氫〕和氚〔超重氫〕聚合，或者氘和氘的聚合百度百科_百度百科_核電://baike.baidu/link"url=N6gMdrgo*aWUeGyFlh12wMNlHtG7mcNPrrM*jecp36a0Ls8Uc0*_2bITIwJAtf4t4KHyqAKmvnFHrn5PFUQCjh83e6Fl*nltfeG_QMhVMk7-.z.-.z.1.2核能利用裝置——反響堆定義與分類目前核聚變的實(shí)際應(yīng)用只是利用不可控的熱核反響，即制造氫彈。迄今，到達(dá)工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的核能只有核裂變能。反響堆正是是通過受控的鏈?zhǔn)搅炎兎错憣⒑四芫徛蒯尫懦鰜淼难b置，是和平利用核能的最主要的設(shè)施。反響堆一般是根據(jù)用途分為動(dòng)力堆、生產(chǎn)堆和研究堆：〔1〕動(dòng)力堆是利用核裂變釋放的能量來產(chǎn)生動(dòng)力，進(jìn)展發(fā)電、供熱、推動(dòng)船艦等?！?〕生產(chǎn)堆是利用中子生產(chǎn)新的核燃料〔核裂變材料钚–239、鈾–233，核聚變材料氚〕，其中只有鈾–235是天然存在的，而鈾–233、钚–239是在反響堆中人工生產(chǎn)出來的。鈾–235在天然鈾中的含量〔叫做"豐度〞〕僅為0.7%。?！?〕研究堆是利用中子進(jìn)展根底科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)研究。反響堆還可以生產(chǎn)放射性同位素。除了根據(jù)用途進(jìn)展分類外，反響堆還可以按堆內(nèi)主要中子能量分為熱中子堆〔簡稱熱堆〕、中能中子堆和快中子堆〔簡稱快堆〕；按冷卻劑分為輕水堆、重水堆〔合稱水冷堆或水堆，輕水堆又分為壓水堆和沸水堆〕、氣冷堆和鈉冷堆等:///kpcb/ShowArticle.asp"ArticleID=104。:///kpcb/ShowArticle.asp"ArticleID=104根本構(gòu)造與功能反響堆由核燃料元件、慢化劑、反射層、控制棒、冷卻劑、屏蔽層等六個(gè)根本局部構(gòu)成，此外還包括控制保護(hù)系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等。反響堆的核燃料制成燃料元件，不同的反響堆燃料元件構(gòu)造、形式不同。反響堆的燃料元件局部叫做堆芯。核裂變產(chǎn)生的中子是快中子。熱中子堆由速度很慢的熱中子引起核裂變，必須使用慢化劑使快中子減速。慢化劑主要有水、重水、石墨、鈹、氧化鈹?shù)?。快中子堆不需要慢化劑?？刂瓢羰潜ＷC反響堆平安，開、停反響堆和調(diào)節(jié)反響堆功率的裝置。控制棒內(nèi)有硼、鎘、鉿、釓、釤等"中子毒物〞。冷卻劑的作用是把反響堆中核裂變產(chǎn)生的熱量帶出加以利用并保證反響堆的平安。冷卻劑有氣體〔二氧化碳、氦氣等〕、液體〔輕水、重水等〕、熔融金屬〔液態(tài)鈉等〕。屏蔽層的作用是屏蔽反響堆產(chǎn)生的γ射線和中子，一般使用重混凝土做屏蔽層s://zhihu/question/30460700。s://zhihu/question/30460700反響堆最重要的應(yīng)用之一就是進(jìn)展核能發(fā)電。1.3核電站的工作原理這里主要介紹壓水堆核電站的工作原理。核燃料在反響堆內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再被高壓水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。一回路反響堆堆芯因核燃料裂變產(chǎn)生巨大的熱能，由主泵泵入堆芯的水被加熱成327度、155個(gè)大氣壓的高溫高壓水，高溫高壓水流經(jīng)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的傳熱Ｕ型管，通過管壁將熱能傳遞給Ｕ型管外的二回路冷卻水，釋放熱量后又被主泵送回堆芯重新加熱再進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。水這樣不斷的在密閉的回路內(nèi)循環(huán)，被稱為一回路。二回路蒸汽發(fā)生器Ｕ型管外的二回路水受熱從而變成蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)做功，把熱能轉(zhuǎn)化為電力；做完功后的蒸汽進(jìn)入冷凝器冷卻，凝結(jié)成水返回蒸汽發(fā)生器，重新加熱成蒸汽。這樣的汽水循環(huán)過程，被稱為二回路。三回路使用海水或淡水，它的作用是在冷凝器中冷卻二回路的蒸汽使之變回冷凝水。1.4核能發(fā)電的特點(diǎn)核能的優(yōu)點(diǎn)在于：能量密度高核燃料的能量密度是化石燃料的幾百萬倍。1千克鈾–235裂變釋放的能量，相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的能量。所以需要的核燃料數(shù)量也不多，便于運(yùn)輸和存儲(chǔ)。不會(huì)向大氣中排放溫室氣體以及污染性氣體開展?jié)摿Υ笕绻軌蜓芯砍隹煽睾司圩兎错?，則就可以利用海水中豐富的資源。1升海水中的氘通過核聚變釋放出的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒釋放出的能量。核能的缺點(diǎn)在于：熱效率低，熱污染嚴(yán)重會(huì)產(chǎn)生放射性廢料，假設(shè)不妥善處理會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)境與人的安康裂變反響中產(chǎn)生的中子與放射性物質(zhì)對人體傷害很大風(fēng)險(xiǎn)高，如果發(fā)生核泄漏則后果不堪設(shè)想。中國核能利用現(xiàn)狀及分析2.1中國核能利用現(xiàn)狀最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國當(dāng)前在運(yùn)核電機(jī)組數(shù)達(dá)34臺(tái)，僅次于美國〔99〕、法國〔58〕、日本〔42〕、俄羅斯〔35〕，位列全球第五。此外，中國在建核電機(jī)組20臺(tái)，穩(wěn)居世界首位，占全球在建核電機(jī)組數(shù)的40%，是世界上核電開展最快的國家。從總裝機(jī)容量看，截至2016年7月，中國大陸核電總裝機(jī)容量5500多萬千瓦，位居世界第四。從核電發(fā)電量看，中國已超越韓國成為世界第四大核能供給國，占全球的6.6%，前三位分別為美國〔32.6%〕、法國〔17.0%〕、俄羅斯〔7.6%〕。值得一提的是，日本在2011年前一直處于世界第三的位置，核能發(fā)電量約為美國的1/3，但在福島核電站的重大事故后，日本幾乎停頓了所有的核電工程，導(dǎo)致目前核能發(fā)電量僅占全球的0.2%BPstatisticlReviewofWorldEnergy,June2015。BPstatisticlReviewofWorldEnergy,June2015中國的核電站分布來看，中國核電分布多集中在沿海地區(qū)。這一特點(diǎn)與興旺國家不同，其核電站多建在內(nèi)陸濱河濱湖地區(qū)。我國的核電站分布特點(diǎn)，一方面，會(huì)造成能源供給地區(qū)之間不平衡的問題；另一方面，由于我國東部沿海的相對興旺地區(qū)高耗能，核能發(fā)電在東部沿海區(qū)域的被依賴性明顯高于內(nèi)陸百度百科百度百科_中國核電站://baike.baidu/link"url=ezZRZzy8vbzNY-6c3RG0DhpugPr0sDfBA8e9h*k-fl2-Qbd8*dzHhNNgn0z*MfQPW0llTavqRO1U*JZe91cd0el*woGFA*yF5FmnNu*Zp0YT179qOMM43pGG7Kj0h*LzY9OSt-jn7WjUC*O4vOITs4KoRPw9gH9wfOrUTDPP3snsLBg26cF77uoETJ*T3jeds5LsLAidkV6w8Z5Lb8DrkcdP8lmn2*Dh*4UBC*D8C3Z2z1zggYTfuKrq-0EvYjLU3szjzisDK2Rt8m48HMWIMSEjSjvuTY7olU14JhTRZ-q中國核電站分布圖在中國的能源構(gòu)造調(diào)整中，核電始終被寄予厚望。根據(jù)"十三五〞規(guī)劃，到2020年，核電運(yùn)行裝機(jī)容量到達(dá)5800萬千瓦，在建到達(dá)3000萬千瓦以上。假設(shè)要按時(shí)完成在運(yùn)、在建總裝機(jī)8800萬千瓦的目標(biāo)，"十三五〞期間每年至少開工6臺(tái)機(jī)組。按方案，到2020年，中國核電機(jī)組數(shù)量將到達(dá)90余臺(tái)，從裝機(jī)容量上講，將超過法國，成為世界第二的核電大國，僅次于美國。然而，中國的核能雖然開展速度快，前景可觀，但仍存在著核電比例偏低的問題：我國的核電目前在全國的能源構(gòu)造中所占比例很小，只占1%不到，占全國裝機(jī)容量不到3%。據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)近日發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年1-6月，全國累計(jì)發(fā)電量為27594.90億千瓦時(shí)，商運(yùn)核電機(jī)組累計(jì)發(fā)電量為953.89億千瓦時(shí)，約占全國累計(jì)發(fā)電量的3.46%。與世界水平相比，這一比例仍然較低。OECD(經(jīng)合組織)國家中，核電占電力比重普遍在20%以上，美國的核能發(fā)電占其總發(fā)電量的20%，法國更是到達(dá)75%?？梢?，中國在核能上與興旺國家的差距仍然十清楚顯://chinairn/news/20131218/140155948.html。://chinairn/news/20131218/140155948.html2.2原因分析〔1〕經(jīng)營分散，競爭力不高我國獲準(zhǔn)進(jìn)展核能開發(fā)和利用的公司主要有3家，都是單一的核能發(fā)電企業(yè)，且具有局域性。從產(chǎn)業(yè)鏈來看，我國的核能企業(yè)一體化的能力較弱，呈現(xiàn)多家經(jīng)營、多方供給、且相對獨(dú)立的局面。同時(shí)核電站的建立周期長，使得規(guī)模較小的國內(nèi)企業(yè)承受相對更高的本錢。反觀國外，很多都是多種混合能源電站企業(yè)，且從事跨區(qū)域經(jīng)營，規(guī)模效應(yīng)明顯，本錢也較低。〔2〕技術(shù)水平有待提高核能的主要原料是銪和釷，而我國由于技術(shù)原因，主要使用銪而不是貯藏量高出三倍的釷，未能充分利用資源。另外，在核廢料的處理上，我國使用的主要是深層掩埋法，因此導(dǎo)致核燃料、乏燃料的處理本錢較高?！?〕資金與人才的缺乏從我國目前核電站的運(yùn)作形式來看，資金主要依靠與核電相關(guān)的幾個(gè)大集團(tuán)有關(guān)，渠道單一，流通緩慢。另外，核電是一個(gè)高技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，對人才的需求非常高。目前，每年全國核電專業(yè)的大學(xué)畢業(yè)生不到1000人。而按照每100kW核電機(jī)組配備200核電相關(guān)工作人員計(jì)算，現(xiàn)有人才開展仍需要不斷地加強(qiáng)?！?〕觀念落后以及核平安問題眾所周知，核平安問題是核電在社會(huì)中存在以及開展的最大障礙。公眾甚至政府對核平安事故帶來的惡劣影響都心存余悸。目前來說，核電的理念及原理在中國的傳播及推廣還不夠，公眾對核電的認(rèn)識(shí)與核電的真實(shí)情況存在較大出入。如果不能解決核能平安以及公眾推廣的問題，核電在中國會(huì)依然舉步維艱徐步朝，張延飛，花明，低碳背景下中國核能開展的模式與路徑分析，【徐步朝，張延飛，花明，低碳背景下中國核能開展的模式與路徑分析，【J】.資源科學(xué)，2010，32〔11〕：2186-2191核電污染以及核平安分析3.1核電污染來源核電在碳排放上屬于綠色能源，其對環(huán)境和人體的主要影響在于核燃料與乏燃料的輻射，放射性物質(zhì)包括惰性氣體、放射性碘、銪、釷等其他核燃料及裂變產(chǎn)物。3.2核平安事故分析這里討論切爾諾貝利、三里島以及福島核電站三件重大事故。切爾諾貝利核電廠事故是到目前為止最惡劣、影響最大的核電事故。原因有三：1.切爾諾貝利反響堆的慢化劑是石墨，這種反響堆會(huì)爆炸，這是致命的設(shè)計(jì)缺陷；2.切爾諾貝利沒有平安殼〔即上文介紹的壓水堆的第三道屏障〕，因此發(fā)生爆炸后，放射性塵云直沖天際，然后進(jìn)入大氣層平流層，最終降落到歐洲各地；3.官僚主義，違規(guī)操作是切爾諾貝利事故發(fā)生的直接原因。對于切爾諾貝利事故后死亡于核輻射的人口數(shù)量，國際核工業(yè)界和*知名環(huán)保組織給出的數(shù)據(jù)差異甚大。我個(gè)人對該環(huán)保組織的數(shù)據(jù)持保存意見。當(dāng)然，不可否認(rèn)的是切爾諾貝利事故讓烏克蘭大量的平民撤離故土，無家可歸。根源還是在于反響堆的設(shè)計(jì)缺陷。三里島事故是核電廠第一個(gè)嚴(yán)重事故〔三里島核事故分級(jí)為5級(jí)，切爾諾貝利和福島為7級(jí)〕，其堆型正是目前世界上最主流的壓水堆。三里島事故的原因主要在于人的失誤：維修、實(shí)驗(yàn)后該翻開的閥門沒翻開，發(fā)生事故后操縱員判斷失誤〔實(shí)際上是失水卻錯(cuò)以為是滿水，傻乎乎的開了閥門在那排啊排〕；結(jié)果就是第一道平安屏障失效〔燃料棒融化了一半〕，第二道平安屏障上出現(xiàn)一個(gè)小破口，主要的放射性物質(zhì)被第三道平安屏障〔平安殼〕容納著，有小局部釋放到環(huán)境中，造成了環(huán)境放射性超標(biāo)、工作人員劑量超標(biāo)，但是沒有人員傷亡，沒有群眾撤離。福島核事故。日本3?11的地震等級(jí)遠(yuǎn)高于福島核電廠在四十年前設(shè)計(jì)時(shí)考慮的地震等級(jí)，但是電廠仍然成功停堆，說明電廠的抗震能力是高于設(shè)計(jì)要求的；設(shè)計(jì)者考慮到了海嘯，修建了7米的防波堤，但是這次的海嘯高達(dá)10余米，淹沒了柴油發(fā)電機(jī)……電廠設(shè)計(jì)上還考慮了各種應(yīng)急余熱排出的手段，這些設(shè)施在事故后都成功發(fā)揮了作用，但是由于整個(gè)地區(qū)都陷入混亂中，電廠沒有及時(shí)得到外界的支援，業(yè)主又不愿意盡早使用海水進(jìn)展冷卻，結(jié)果就是燃料芯塊和燃料棒慢慢被融化，同時(shí)燃料棒的鋯合金和高溫水汽發(fā)生反響產(chǎn)生氫氣，氫氣聚集到廠房上部，由于一個(gè)電火花，氫氣被點(diǎn)燃、爆炸，廠房被掀開，留下一個(gè)殘裸的框架。盡管如此，福島核電廠的反響堆并沒有發(fā)生爆炸，對環(huán)境的放射性也遠(yuǎn)低于切爾諾貝利事故，從事故后兩年多的情況來看，福島廠址之外的環(huán)境正在恢復(fù)正常s://zhihu/question/20398674。s://zhihu/question/203986743.3核電平安保障就著核電事故的起因分析，這里來說一說當(dāng)今核電站的平安保障措施。為了實(shí)現(xiàn)"在核電廠里建立并維持一套有效、健全的防護(hù)措施，以保護(hù)工作人員、社會(huì)以及環(huán)境免遭放射性危害〞的核平安總目標(biāo)，核工業(yè)界吸取三里島事故、切爾諾貝利事故的經(jīng)歷教訓(xùn)，在核電廠設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)行的每一個(gè)環(huán)節(jié)上貫徹"縱深防御原則〔DEFENCEINDEPTH〕〞，將對核輻射的防護(hù)從防止事故發(fā)生到發(fā)生事故后的應(yīng)對共有三道屏障燃料芯塊及包殼：二氧化鈾被制成柱狀的陶瓷小塊〔約成人的一節(jié)大拇指大小〕，然后這些小陶瓷塊〔燃料芯塊〕被封裝在一根3到4米長的鋯合金管〔燃料棒包殼〕。正常情況下，絕大局部的固態(tài)和氣態(tài)放射性物質(zhì)被容納在芯塊中，小局部氣態(tài)放射性物質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到芯塊和包殼之間的間隙中；事故情況下，如果燃料芯塊和燃料棒沒有得到很好的冷卻，燃料芯塊和燃料棒可能會(huì)被燒毀、熔化〔鋯合金的燒毀溫度約為1400攝氏度，燃料芯塊的熔點(diǎn)約2400攝氏度〕，這時(shí)放射性物質(zhì)就會(huì)突破第一道屏障釋放出來。回路壓力邊界：幾萬根燃料棒被組裝在一起成為核反響堆的堆芯。核反響發(fā)生時(shí)，核裂變能變成熱能加熱燃料芯塊，然后傳導(dǎo)到包殼上；冷卻劑在流過堆芯冷卻包殼的同時(shí)自身被加熱，然后高溫高壓的冷卻劑進(jìn)入蒸汽發(fā)生器傳熱管將蒸汽發(fā)生器傳熱管另一側(cè)〔二回路〕的水加熱成蒸汽〔這些蒸汽去汽輪機(jī)做功發(fā)電〕；完成換熱后的冷卻劑返回堆芯再次循環(huán)。在這個(gè)過程中冷卻劑的循環(huán)是封閉的〔一回路〕，將反響堆冷卻劑全部包容在內(nèi)的壓力容器、一回路主管道組成了一回路壓力邊界。平安殼：平安殼是防止放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中的最后一道屏障，是一個(gè)直徑約50米、高度約60米的鋼筋混凝土廠房〔混凝土墻厚1米左右〕。反響堆、冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備和主管道都藏在里面。正常運(yùn)行時(shí)，平安殼內(nèi)維持一定的負(fù)壓，以防止可能從第一、二道屏障泄漏出來的放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中；事故發(fā)生時(shí)，平安殼能夠承受4~5個(gè)大氣壓的壓力，阻止從第一道屏障、第二道屏障逃逸出來的放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中。綜上可以看出，隨著核電平安保障技術(shù)的開展以及幾次核平安事故帶來的經(jīng)歷，核電站的平安措施十分完備。多道實(shí)體屏障對放射性物質(zhì)可能的釋放進(jìn)展層層防護(hù)，在各種情況下可以有效的阻滯放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放。這些對于核電逐步被公眾接納并開展為主要能源供給渠道具有重要的意義。3.4核電對人體及環(huán)境的影響考慮到當(dāng)今核電站原理、核電站已具備的平安保障措施與對幾例核電平安事故的分析，目前核電對人體及環(huán)境的影響大致有以下幾點(diǎn)：核電站正常工作時(shí)，核反響過程中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)核燃料與乏燃料以及用于冷卻的水的放射性核電站遭遇意想不到的人為事故或自然災(zāi)害時(shí)，發(fā)生核泄漏。甚至可能產(chǎn)生爆炸，使放射性物質(zhì)擴(kuò)散到大氣中。接下來具體分析上述幾點(diǎn)對人體和環(huán)境的影響到底會(huì)到怎樣的程度：從數(shù)值上來說，核輻射方面我國對放射性工作人員年平均有效劑量不超過20mSv/年，公眾是1mSv/年。參考大亞灣核電站2002年主要工種工作人員的年人均劑量數(shù)據(jù)：1930人中，99.9%的年劑量是