第十三講 核能消防

第十三講核能消防1第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第十三講

核能及消防2第2頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四能源分類一次能源二次能源常規(guī)能源新能源煤制品──洗煤，焦炭，煤氣石油制品──汽油，煤油，柴油燃料油，液化石油氣電力，氫能，余熱，沼氣，蒸氣等可再生能源——水能非再生能源——如煤炭，石油天然氣，核裂變?nèi)剂峡稍偕茉础?yáng)能，風(fēng)能，生物質(zhì)能非再生能源——核聚變?nèi)剂嫌晚?yè)巖，油砂3第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要內(nèi)容核能1火災(zāi)的消防24第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四13.1.核反應(yīng)原子核1H16OA.原子結(jié)構(gòu)示意圖電子電子軌道行徑距離為原子核直徑的10,000倍5第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四中子核XA核XA+1復(fù)合暫態(tài)核XA中子彈性碰撞(n,n)核XA激發(fā)狀態(tài)中子非彈性碰撞(n,n’)核XA+1(活化產(chǎn)物)伽馬射線輻射吸收(n,gamma)核XA1核XA223中子核分裂(n,f)

中子與原子核作用分類示意圖

B.核反應(yīng)示意圖7第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四235U中子中子235U137Ba96Kr+193.6百萬(wàn)電子伏能量核裂變示意圖8第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2D2D3T1H+4.02百萬(wàn)電子伏能量核聚變核聚變示意圖9第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四核核質(zhì)量/u質(zhì)量虧損/u核結(jié)合能/J4He4.001500.0304-4.5369x-1256Fe56.449380.52872-7.89062x

-11235U239.93561.935-2.8882x

-10三種核的質(zhì)量虧損和結(jié)合能結(jié)合能越大的核就越穩(wěn)定，使它分裂成單個(gè)核子就需要更高的能量10第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四13.2.核能的利用A.原子彈1945年8月，兩顆投在日本的原子彈，結(jié)束了殘忍的第二次世界大戰(zhàn)。人類掌握無(wú)限能源的同時(shí)，也掌握自我毀滅的利器。11第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1949年8月,蘇聯(lián)進(jìn)行了原子彈試驗(yàn)。1952年11月，美國(guó)進(jìn)行了以液態(tài)氘為熱核燃料的氫彈原理試驗(yàn)，但該實(shí)驗(yàn)裝置非常笨重,不能用作武器。1953年8月，蘇聯(lián)進(jìn)行了以固態(tài)氘化鋰6為熱核燃料的氫彈試驗(yàn),使氫彈的實(shí)用成為可能。1954年2月美國(guó)進(jìn)行了類似的氫彈試驗(yàn)。50和60年代，英國(guó)、法國(guó)各自先后進(jìn)行了原子彈與氫彈試驗(yàn)1964年10月16日，首次原子彈試驗(yàn)成功。1966年12月28日，小當(dāng)量的氫彈原理試驗(yàn)成功；1967年6月17日成功地進(jìn)行了百萬(wàn)噸級(jí)的氫彈空投試驗(yàn)。12第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1977年美軍試爆中子彈成功，卡特總統(tǒng)便以之為政治武器，希望逼前蘇聯(lián)裁軍，保證不侵犯西歐。但到了1978年4月，卡特在國(guó)內(nèi)外各種壓力下，推遲了生產(chǎn)計(jì)劃，改為只生產(chǎn)中子彈部件。

1980年法國(guó)試爆了中子彈沒過(guò)多久，前蘇聯(lián)也有了中子彈著名核子物理學(xué)家王淦昌，提出激光核聚變理論，80年代初，建造了用于激光聚變研究的裝置，80年代末期成功試爆中子彈。

13第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四中子彈的特點(diǎn)：一是早期核輻射效應(yīng)強(qiáng)。二是爆炸釋放的能量低。三是放射性沾染輕，持續(xù)時(shí)間短。

14第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B.醫(yī)療衛(wèi)生可利用少量放射性元素進(jìn)行體檢與病變部位定位追蹤。15第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四16第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四居里夫人放射性鐳，可以殺死癌細(xì)胞，但其同時(shí)也能殺死正常細(xì)胞，所以可能出現(xiàn)頭發(fā)脫落、惡心想吐的癥狀。17第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四全身伽瑪?shù)?8第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四C.核能源供應(yīng)19第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四核能發(fā)電示意圖鍋爐冷凝器冷卻海水渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)蒸汽機(jī)械泵20第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四21第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四22第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a.不排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，無(wú)空氣污染；b.不產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳；

c.鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。d.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬(wàn)倍，燃料體積小，存儲(chǔ)、運(yùn)輸方便，一座1000百萬(wàn)瓦的核電廠一年只需30噸鈾燃料；

e.核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所佔(zhàn)的比例較低，較不易受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響；優(yōu)勢(shì)23第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四能源密度燃料生產(chǎn)電力一噸煤2070度一桶石油580度一立方尺天然氣0.1度一顆核燃料丸2044度24第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四25第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10億瓦燃煤電廠燃煤需求量及其所產(chǎn)生污染燃煤電廠每分鐘900公斤灰塵每分鐘15噸CO2每分鐘200公斤SO2

10億瓦燃煤電廠氮氧化合物全年生成量相當(dāng)於20萬(wàn)輛排放量每年燃煤消耗量210300萬(wàn)噸26第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四27第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四billionkilowatt-hours各國(guó)核能發(fā)電量(2003)28第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Source:InternationalAtomicEnergyAgency各國(guó)核能發(fā)電占比(2003)29第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四發(fā)達(dá)世界：24個(gè)國(guó)家和地區(qū)（包括臺(tái)灣和香港）。先進(jìn)的發(fā)展中世界：47個(gè)國(guó)家和地區(qū)（包括中國(guó)，巴西，阿根廷等）。一般的發(fā)展中世界：13個(gè)國(guó)家和地區(qū)（印度，巴基斯坦，菲律賓等）2003年MIT發(fā)表的多學(xué)科研究報(bào)告“核能的未來(lái)”預(yù)測(cè)2050年核電達(dá)到1000-1500GWe2000年2050年：1000-1500GWe人均電力消費(fèi)(kWhr)核電等價(jià)裝機(jī)(GWe)核發(fā)電量占的份額人均電力消費(fèi)(kWhr)核電等價(jià)裝機(jī)(GWe)核發(fā)電量占的份額發(fā)達(dá)世界888822023%15659593-92133-51%先進(jìn)的發(fā)展中世界1445102.2%4234183-35812-24%一般的發(fā)展中世界47122.1%2850126-25115-29%前蘇聯(lián)39252418%611849-7727-42%美國(guó)127858220%21026286-47730-50%日本74253131%1221261-9140-60%韓國(guó)54361138%698026-3750-70%中國(guó)9461.41%4000100-20015-30%30第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a.熱污染較火電廠嚴(yán)重b.

排放微量的放射性物質(zhì)

c.

產(chǎn)生放射性廢料d.

民眾對(duì)安全的疑慮31第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四32第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四核能1火災(zāi)消防233第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2009年2月9日央視新大樓北配樓發(fā)生火災(zāi)34第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2010年11月15日上海火災(zāi)35第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2008年1月2日，烏魯木齊德匯國(guó)際廣場(chǎng)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。36第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2010年11月13日清華學(xué)堂古建筑火災(zāi)37第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A.火災(zāi)產(chǎn)生條件B.化學(xué)自燃C.火災(zāi)消防原理D.消防救援知識(shí)38第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A.火災(zāi)產(chǎn)生條件火區(qū)的溫度較高，使其中白熾的固體粒子和某些不穩(wěn)定(或受激發(fā))的中間物質(zhì)分子內(nèi)電子發(fā)生能級(jí)躍遷，從而發(fā)出各種波長(zhǎng)的光。發(fā)光的氣相火區(qū)就是火焰，它的存在是火過(guò)程中最明顯的標(biāo)志。由于不完全燃燒等原因，會(huì)使產(chǎn)物中混有一些微小顆粒，這樣就形成了煙。

現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)很多火反應(yīng)不是直接進(jìn)行的，而是通過(guò)游離基團(tuán)和原子這些中間產(chǎn)物在瞬間進(jìn)行的循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這里，游離基的鏈鎖反應(yīng)是火反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，光和熱是火存在過(guò)程中的物理現(xiàn)象。

火災(zāi)的本質(zhì)39第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四從本質(zhì)上講，火反應(yīng)是一種氧化還原反應(yīng)，它服從于化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)的定律以及其他自然的基本定律（質(zhì)量守恒、能量守恒），但其放熱、發(fā)光、發(fā)煙、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化還原反應(yīng)。如果火反應(yīng)速度極快，則因高溫條件下產(chǎn)生的氣體和周圍氣體共同膨脹作用，使反應(yīng)能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，在壓力釋放的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)光、熱和聲響，這就是所謂的爆炸。它與一般的火沒有本質(zhì)差別，主要區(qū)別在于物質(zhì)的反應(yīng)速度，一定條件下，兩者可以互相轉(zhuǎn)化。40第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a.可燃物(還原劑)

凡是能與空氣中的氧或其它氧化劑起火反應(yīng)的物質(zhì)，均稱為可燃物。如氫氣、乙炔、酒精、汽油、木材、紙張、塑料、橡膠、紡織纖維、硫、磷、鉀、鈉等?；鹦纬傻谋匾獥l件b.助燃物(氧化劑)

凡是與可燃物結(jié)合能導(dǎo)致和支持火存在的物質(zhì)，都叫做助燃物。如空氣(氧氣)、氯氣、氯酸鉀、高錳酸鉀、過(guò)氧化鈉等?？諝馐亲畛Ｒ姷闹嘉铮话闱闆r下，可燃物的燃燒都是指在空氣中進(jìn)行的。c.點(diǎn)火源

凡是能引起物質(zhì)產(chǎn)生火的點(diǎn)燃能源，統(tǒng)稱為點(diǎn)火源。如明火、高溫表面、摩擦與沖擊、自然發(fā)熱、化學(xué)反應(yīng)熱、電火花、光熱射線等。

41第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a.一定的可燃物濃度

可燃?xì)怏w或蒸氣只有達(dá)到一定的濃度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生火。如，氫氣的濃度低于4%時(shí)，不能被點(diǎn)燃；煤油在20℃時(shí)，接觸明火也不能產(chǎn)生火?；鹦纬傻某浞謼l件b.一定的含氧量

可燃物產(chǎn)生火所需要的最低含氧量。c.一定的著火能量

即能引起可燃物質(zhì)燃燒的最小著火能量。d.相互作用

火存在的三個(gè)基本條件需相互作用，火才能發(fā)生和持續(xù)進(jìn)行。

42第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四43第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B.化學(xué)自燃自燃

連續(xù)加熱，盡管沒有與明火接觸，但當(dāng)溫度升高至某一溫度時(shí)，發(fā)生燃燒的現(xiàn)象稱為自燃，此時(shí)的溫度稱為自燃點(diǎn)金屬K或Na等遇水或水蒸氣會(huì)發(fā)生自燃2K+2H2O==2KOH+H2↑+Q白磷30oC時(shí)發(fā)生自燃4P+5O2==2P2O5+Q44第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四C.火災(zāi)消防原理防火基本原理

防止火存在三個(gè)基本條件中的任何一條，都可以防止火災(zāi)的發(fā)生。一切防火技術(shù)措施都包括兩個(gè)方面：一是防止形成火的基本條件產(chǎn)生；二是避免形成火基本條件相互作用。

45第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a.控制可燃物

在生活中和生產(chǎn)的可能的條件下，用難燃或不燃材料代替易燃材料；降低可燃物質(zhì)（可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵）在空氣中的濃度，如在工廠車間或庫(kù)房易產(chǎn)生可燃?xì)怏w的地方，可采用通風(fēng)或局部通風(fēng)，使可燃物不易積累，從而不會(huì)超過(guò)最高允許濃度；防止可燃物質(zhì)跑、冒、漏、滴；對(duì)于那些相互作用能產(chǎn)生可燃?xì)怏w或蒸氣的物品應(yīng)加以隔離，分開存放；在森林中采用防火隔離林等。46第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四b.隔絕空氣

涉及易燃易爆物質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程，應(yīng)在密閉設(shè)備中進(jìn)行；對(duì)有異常危險(xiǎn)的，要充入惰性介質(zhì)保護(hù)；隔絕空氣儲(chǔ)存某些物質(zhì)等。c.消除點(diǎn)火源

在易產(chǎn)生可燃性氣體的場(chǎng)所，應(yīng)采用防爆電器；同時(shí)禁止一切火種。d.防止形成新火的條件，阻止火災(zāi)范圍擴(kuò)大

設(shè)置阻火裝置，阻止火焰蔓延；在車間或庫(kù)房里筑防火墻，或在建筑物之間留防火間距，一旦發(fā)生火災(zāi)，使之不能形成新的燃燒條件，防止擴(kuò)大火災(zāi)范圍。

47第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a.隔離法

隔離法就是將可燃物與著火源隔離開來(lái)。如將尚未著火的可燃物移走，使其與正在燃燒的可燃物分開；斷絕可燃物來(lái)源等，燃燒區(qū)得不到足夠的可燃物就會(huì)熄火。滅火基本原理b.窒息法

窒息法就是消除燃燒條件之一—助燃物（氧氣、空氣或其它氧化劑），使火停止。常用的措施有：用不燃或難燃物捂住燃燒物表面；用水蒸氣或惰性氣體灌注著火的容器；密閉起火的建筑物的孔洞等，使燃燒區(qū)得不到足夠的氧氣而窒息。48第48頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四d.抑制滅火法抑制滅火法，是將化學(xué)滅火劑噴入燃燒區(qū)參與燃燒反應(yīng)，中止鏈反應(yīng)而使燃燒反應(yīng)停止。采用這種方法可使用的滅火劑有干粉和鹵代烷滅火劑。滅火時(shí)，將足夠數(shù)量的滅火劑準(zhǔn)確地噴射到燃燒區(qū)內(nèi)，使滅火劑阻斷燃燒反應(yīng)，同時(shí)還要采取必要的冷卻降溫措施，以防復(fù)燃。c.冷卻法

冷卻法就是將燃燒物的溫度降至著火點(diǎn)（燃點(diǎn)）以下，使燃燒停止；或者將臨近著火場(chǎng)的可燃物溫度降低，避免形成新的燃燒條件。

49第49頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期四D.消防救援知識(shí)火災(zāi)的分類A類火災(zāi)：指固體物質(zhì)火災(zāi)。這中物質(zhì)往往具有有機(jī)物性質(zhì)