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第十七章能源與可持續(xù)發(fā)展第二節(jié)核能第1頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四二、獲得核能的途徑(2)聚變一、核能
原子核是可以改變的,且在分裂和聚合過程中還會(huì)釋放出巨大的能量,這種能量叫做核能.(1)裂變(原子核能)第2頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四二、獲得核能的途徑(2)聚變一、核能
原子核是可以改變的,且在有些改變的過程中還會(huì)釋放出巨大的能量,這種能量叫做核能.(1)裂變不受控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原子彈氫彈受控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核電站第3頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四二、獲得核能的途徑(2)聚變一、核能
原子核是可以改變的,且在有些改變的過程中還會(huì)釋放出巨大的能量,這種能量叫做核能.(1)裂變不受控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原子彈氫彈受控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)核電站第4頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四(1)裂變科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾235時(shí),鈾核會(huì)分裂成大小差不多的兩部分,這種現(xiàn)象叫做裂變.1kg鈾中的鈾核如果全部發(fā)生裂變,釋放出的能量大約相當(dāng)于2500t的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出能量.裂變第5頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四裂變重核裂變質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個(gè)質(zhì)量相近的新核,并釋放出能量的過程。原子彈――根據(jù)核裂變的原理制成。屬于不受控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的結(jié)果!第6頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四鈾核裂變的時(shí)候要放出一些中子,這些中子又可引起其它的鈾235核裂變,就可使裂變反應(yīng)不斷進(jìn)行下去,這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可以控制的。1千克的鈾全部裂變釋放出2500噸的煤完全燃燒釋放的能量。200輛1千克第7頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四
用中子轟擊鈾核,使鈾核發(fā)生裂變,放出能量.鈾核分裂時(shí),還同時(shí)放出2~3個(gè)中子,又可以轟擊其它鈾核,使它們也發(fā)生裂變.這些鈾核分裂時(shí),同樣放出中子,從而引起更多的鈾核發(fā)生裂變.于是裂變反應(yīng)便會(huì)鏈鎖式地自行持續(xù)下去.這種現(xiàn)象叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng).
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第8頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核能的釋放——原子彈爆炸如果對(duì)裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制,在極短時(shí)間(約百萬分之幾秒)會(huì)釋放出大量核能,發(fā)生猛烈爆炸,原子彈就是根據(jù)這個(gè)原理制成的.第9頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四原子彈爆炸被原子彈毀壞的建筑物設(shè)疑:
核能巨大,難道只能用于戰(zhàn)爭(zhēng)嗎?如何才能有效地控制核能的釋放?原子彈爆炸核彈頭第10頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核反應(yīng)堆為便于和平利用核能,必須控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度,使核能緩慢而又平穩(wěn)地釋放出來.為此,人們制成了一種專門裝置——核反應(yīng)堆.核反應(yīng)堆能緩慢、平穩(wěn)地釋放核能.第11頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四應(yīng)用:核電站:是利用可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放出能量發(fā)電。核心設(shè)備是反應(yīng)堆。第12頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四使原子核的裂變?cè)诳煽刂频臈l件下緩慢進(jìn)行,釋放的核能就可有效地利用。第13頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核能的和平利用――核電站思考:在電站工作過程中,能量是如何轉(zhuǎn)化的?核能內(nèi)能機(jī)械能電能第14頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四田灣核電站秦山核電站嶺奧核電站大亞灣核電站第15頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四湖北咸寧大畈核電站7月動(dòng)工為我國(guó)首座內(nèi)陸核電站效果圖第16頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核動(dòng)力潛艇核動(dòng)力巡洋艦核動(dòng)力航母使原子核的裂變?cè)诳煽刂频臈l件下緩慢進(jìn)行第17頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四(2)聚變科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),某些質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核時(shí),也能釋放出核能,這種現(xiàn)象叫做核聚變,簡(jiǎn)稱聚變.聚變是獲得大量核能的另一重要途徑.前面講過,原子彈是利用重核裂變現(xiàn)象制成的.而另一種威力更大的核武器——?dú)鋸?,則是利用輕核聚變現(xiàn)象制成的.第18頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四聚變又叫熱核反應(yīng)一個(gè)氘核由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子組成,一個(gè)氚核由一個(gè)質(zhì)子和二個(gè)中子組成,它們發(fā)生聚變反應(yīng)結(jié)合成由二個(gè)質(zhì)子和二個(gè)中子組成的氦核時(shí),要放出一個(gè)中子,并釋放出核能.一定質(zhì)量的氘核和氚核聚變時(shí)放出的能量要比等量的鈾核裂變時(shí)放出的能量大幾倍.聚變需要在幾百萬攝氏度的高溫下才能發(fā)生,因此聚變又叫熱核反應(yīng).第19頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四輕核聚變 2個(gè)質(zhì)量較小的原子核在高溫高壓條件下聚合成質(zhì)量較大的新核,同時(shí)釋放出能量的過程。第20頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四氫彈――根據(jù)核聚變的原理制成。威力比原子彈還大。第21頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四11964年10月16日15時(shí)(北京時(shí)間),中國(guó)第一顆原子彈在新疆羅布泊爆炸成功,中國(guó)從此成為核俱樂部的第五個(gè)成員。
1967年
6月17日,中國(guó)第一顆氫彈爆炸成功。
第22頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四自然界中的熱核反應(yīng)自然界中,太陽內(nèi)部的溫度高達(dá)攝氏1千萬度以上,在那里就進(jìn)行著大規(guī)模的聚變反應(yīng).太陽輻射出的光和熱,正是由聚變反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)化而來的.可以說,地球上的人類每天都享用著聚變釋放出的能量.第23頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四自然界中,太陽內(nèi)部的溫度高達(dá)攝氏1千萬度以上,在那里就進(jìn)行著大規(guī)模的聚變反應(yīng).太陽輻射出的光和熱,正是由聚變反應(yīng)釋放的核能轉(zhuǎn)化而來的.可以說,地球上的人類每天都享用著聚變釋放出的能量.第24頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四
國(guó)際熱核計(jì)劃
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(簡(jiǎn)稱國(guó)際熱核計(jì)劃,英文縮寫為ITER)早在1985年就由原蘇聯(lián)在美蘇日內(nèi)瓦峰會(huì)上提出,1986年開始設(shè)計(jì)和籌建,1998年基本完成前期工作。國(guó)際熱核計(jì)劃將歷時(shí)35年,總投資額將超過100億美元。目前,該計(jì)劃共有7方參與,分別是歐盟、中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯和印度。歐盟承擔(dān)40%的研發(fā)費(fèi)用,其他6方各承擔(dān)10%
該計(jì)劃是為驗(yàn)證全尺寸可控核聚變技術(shù)的可行性而設(shè)計(jì)的,其原理類似太陽發(fā)光發(fā)熱,即在上億攝氏度的高溫條件下,利用氫的同位素氘、氚的聚變反應(yīng)釋放出核能。核聚變使用的氘、氚可從海水中提取,而且不產(chǎn)生溫室氣體及高放射性核廢料,因此被認(rèn)為是未來人類能源的希望所在。
與目前的核電站不同,聚變反應(yīng)堆從本質(zhì)上講不會(huì)發(fā)生泄漏,所以國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆和下一代核聚變反應(yīng)堆不會(huì)發(fā)生重大事故。另外,它也不對(duì)環(huán)境和周圍居民構(gòu)成威脅。
第25頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核聚變發(fā)電的優(yōu)點(diǎn):
1.能量巨大
2.資源豐富
3.成本低謙4.安全清潔無染污目前輕核聚變不可控制第26頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核地獄——切爾諾貝利核電站第27頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四核泄露的結(jié)果——老鼠大如貓第28頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四
1.為防止放射性灰塵沉降時(shí)隨呼吸道吸入人體內(nèi)和降落到皮膚上,污染區(qū)的人要及時(shí)戴好防毒面具或口罩。也可用濕毛巾捂住口鼻,扎好褲口、袖口、領(lǐng)口,用雨衣、塑料布及床單等就便物品把暴露皮膚遮蓋起來,轉(zhuǎn)入安全地帶。
防核幅射:2.處于放射性物質(zhì)沉降地區(qū),應(yīng)關(guān)閉門窗,防止放射性灰塵進(jìn)入室內(nèi),盡量減少室外活動(dòng),這樣可以減輕核輻射傷害。第29頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四第30頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四第31頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四第32頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四一、核能---原子核發(fā)生改變所產(chǎn)生的能量獲得核能有兩種途徑1、裂變2、聚變-質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個(gè)新原子核,并釋放能量的過程是使2個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成較大的新核,并釋放能量的過程例:原子彈例:氫彈
太陽--鏈?zhǔn)椒磻?yīng)--熱核反應(yīng)3、聚變威力更大第33頁,共34頁,2023年,2月20日,星期四練一練:1.核能是
,它的獲取途徑有兩條,即
和
。原子核分裂或者聚合時(shí)釋放的能量
核裂變核聚變2.核電站是利用
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