核能利用與發(fā)展論文

核能利用與發(fā)展趨勢(shì)學(xué)校：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)院：工程學(xué)院班級(jí)：機(jī)化1302學(xué)號(hào)：姓名：

核能利用與發(fā)展趨勢(shì)Unclearenergyutilizationanddevelopmenttrend摘要核電是一種清潔、安全、技術(shù)成熟、供應(yīng)能力強(qiáng)、能大規(guī)模應(yīng)用的發(fā)電方式，目前，我國(guó)核電已由起步進(jìn)入發(fā)展階段，具有自主設(shè)計(jì)建造第一代核電的能力，我國(guó)已做出積極推進(jìn)核電發(fā)展的重大決定，加快我國(guó)核電建設(shè)，提高核電在電力供給中的比重，這將有助于緩解電力增民與交通運(yùn)輸?shù)拿?，核能利用的發(fā)展前景將越來越廣闊。關(guān)鍵詞核能利用前景核能發(fā)展核電1.核電概述核能的發(fā)展和利用是20世紀(jì)科技史上最杰出的成就之一。它通過轉(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，該方程式表明，質(zhì)量和能量是等價(jià)的，其比例常數(shù)為光速的平方。在核能的利用中，核電廠的發(fā)展是相當(dāng)迅速的，己被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、干凈的能源，核動(dòng)力技術(shù)在多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了巨大發(fā)展，也在很多發(fā)展中國(guó)家獲得了廣泛的認(rèn)可。根據(jù)能源需求和能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，我國(guó)政府己制定了積極發(fā)展核電的方針，建設(shè)了秦山和大亞灣兩大核電基地，中國(guó)核電建設(shè)的安全策略取得了成功。2.核能發(fā)電核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化是釋放出來的能量。目前人類利用核能主要有三種——重元素的原子核發(fā)生裂變和輕元素的原子核發(fā)生聚合反映時(shí)釋放出來的核能或是原子核自發(fā)射出某種粒子而變?yōu)榱硪环N核的過程，它們分別為核裂變能、核聚變能和核衰變。2.1核裂變能核裂變，又稱核分裂，是指由較重的\o"原子"原子，主要是指\o"鈾"鈾或\o"钚"钚，分裂成較輕的（原子序數(shù)較小的）原子的一種核反應(yīng)形式。\o"原子彈"原子彈以及\o"核電廠"裂變核電站的能量來源都是核裂變。早期原子彈應(yīng)用钚-239為原料制成。而鈾-235裂變?cè)诤穗姀S最常見。重核\o"原子"原子經(jīng)中子撞擊后，分裂成為兩個(gè)較輕的原子，同時(shí)釋放出數(shù)個(gè)\o"中子"中子。釋放出的\o"中子"中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成\o"鏈?zhǔn)椒磻?yīng)"鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而自發(fā)分裂。原子核與質(zhì)子數(shù)（Z）的比例（N/Z）偏大，均處于β穩(wěn)定線的豐中子一側(cè)，因此要經(jīng)歷一系列的β衰變而變成穩(wěn)定核（見遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線的核素）。這就是裂變碎片的β衰變鏈。在β衰變過程中，有些核又可能發(fā)出中子，這此中子稱為緩發(fā)中子。以上就是一個(gè)激發(fā)核裂變的全過程。

2.2核聚變能由兩個(gè)或兩個(gè)以上氫原子核（如氫的同位素—氘和氚）結(jié)合成一個(gè)較重的原子核，同時(shí)發(fā)生質(zhì)量虧損釋放出巨大能量的反應(yīng)叫做核聚變反應(yīng)，其釋放出的能量稱為核聚變能。核聚變反應(yīng)堆是一種滿足核聚變條件從而利用其能量的裝置。從目前看實(shí)現(xiàn)核聚變有2種方法，一種是使用托卡馬克裝置實(shí)現(xiàn)，托卡馬克是一環(huán)形裝置，通過約束電磁波驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)造氛、氖實(shí)現(xiàn)聚變的環(huán)境和超高溫，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚變反應(yīng)的控制;另一種方式是通過高能激光的方式實(shí)現(xiàn)。第一種方式已于20世紀(jì)90年代初實(shí)現(xiàn)，目前正在進(jìn)行工程設(shè)計(jì);第二種方式已接近突破的邊緣。由于核聚變是在極高的溫度下完成的，所以又常稱其為熱核反應(yīng)。2.2.1核聚變?cè)砑斑^程物質(zhì)在低溫狀態(tài)下是固態(tài)，隨著溫度的升高會(huì)出現(xiàn)液態(tài)、氣態(tài)，氣態(tài)的物質(zhì)被繼續(xù)加熱會(huì)出現(xiàn)等離子狀態(tài)，即在幾萬℃以上時(shí)，氣體將全部發(fā)生電離，變成帶正電的離子和帶負(fù)電的自由電子。這種等離子體被約束在托卡馬克裝置的環(huán)形室腔體內(nèi)不與腔壁接觸，加熱電流繼續(xù)在這一環(huán)形室中流動(dòng)，與電流方向一致的強(qiáng)大外磁場(chǎng)保證了等離子體的穩(wěn)定。當(dāng)?shù)入x子體被加熱到℃以上，滿足(式中n為氛氖等離子體密度，;為等離子體維持的時(shí)間，s)時(shí)，就會(huì)發(fā)生輕原子核轉(zhuǎn)為重原子核的核聚變反應(yīng)(),1個(gè)氛和1個(gè)氛聚變?yōu)?個(gè)氦核、放出1個(gè)中子(能量為14MeV)，伴隨著這一反應(yīng)放出17.6MeV的巨大能量?，F(xiàn)在人類實(shí)現(xiàn)可控核聚變所使用的輕核只有氛與氖。在托卡馬克裝置上，當(dāng)放出的能量大于輸人的能量、并足以加熱下一次添加的氖氖并繼續(xù)聚變反應(yīng)時(shí)，這種條件稱為可控核聚變的“點(diǎn)火”條件。實(shí)現(xiàn)核聚變的“點(diǎn)火”有三大難題要解決，一是如何把等離子體加熱到℃以上;二是如何使等離子體不與裝它的容器相碰，否則等離子體要降溫，容器要燒毀;三是防止雜質(zhì)混人等離子體，因雜質(zhì)會(huì)增加輻射而使等離子體冷卻。聚變反應(yīng)堆主要的部件包括高溫聚變等離子體堆芯、包層、屏蔽層、磁體和輔助系統(tǒng)等。2.3核衰變能核衰變是原子核自發(fā)射出某種粒子而變?yōu)榱硪环N核的過程。認(rèn)識(shí)原子核的重要途徑之一。1896年法國(guó)科學(xué)家A.H.貝可勒爾研究含鈾礦物質(zhì)的熒光現(xiàn)象時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)鈾鹽能放射出穿透力很強(qiáng)可使照相底片感光的不可見射線，這就是衰變產(chǎn)生的射線。除了天然存在的放射性核素以外，還存在大量人工制造的其他放射性核素。放射性的類型除了放射α、β、γ粒子以外，還有放射正電子、質(zhì)子、中子、中微子等粒子以及自發(fā)裂變、β緩發(fā)粒子等等。2.3.1常見的放射性核衰變類型 科學(xué)研究表明，穩(wěn)定性核素對(duì)核子總數(shù)有一定限度（一般為A≤209），而且中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)應(yīng)保持一定的比例（一般為N/Z=1～1.5，也有個(gè)別例外）。任何含有過多核子或N/Z不適當(dāng)?shù)暮怂兀际遣环€(wěn)定的。A≥209的核素，即元素周期表中釙（Po）之后的所有元素的核素都具有放射性（釙之前的元素，有的核素也具有放射性），它們或是自發(fā)地放射出α射線（即He核），而轉(zhuǎn)變成A較小的新核；或是因核素的N/Z不適當(dāng)，其核內(nèi)的中子與質(zhì)子會(huì)自發(fā)地相互轉(zhuǎn)變，從而改變N/Z的值，并同時(shí)放出一個(gè)β-（或β+）粒子。核素衰變后產(chǎn)生的新核幾乎都是處在激發(fā)態(tài)，這樣的核或是自發(fā)地放射出γ光子而轉(zhuǎn)變到基態(tài)或較低能態(tài)，或是繼續(xù)進(jìn)行α衰變（或β衰變），直到變成一個(gè)穩(wěn)定的核素為止。放射性核衰變的類型有α衰變、β衰變和γ衰變?nèi)N，分別放出α射線、β射線和γ射線。1）α衰變放射性核素放射出α粒子后變成另一種核素。子核的電荷數(shù)比母核減少2，質(zhì)量數(shù)比母核減少4。α粒子的特點(diǎn)是電離能力強(qiáng)，射程短，穿透能力較弱。2）β衰變?chǔ)滤プ冇址枝?衰變、β+衰變和軌道電子俘獲三種方式。(1)β-衰變放射出β-粒子（高速電子）的衰變。一般地，中子相對(duì)豐富的放射性核素常發(fā)生β-衰變。這可看作是母核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變成一個(gè)質(zhì)子的過程。(2)β+衰變放射出β+粒子（正電子）的衰變。一般地，中子相對(duì)缺乏的放射性核素常發(fā)生β+衰變。這可看作是母核中的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變成一個(gè)中子的過程。(3)軌道電子俘獲原子核俘獲一個(gè)K層或L層電子而衰變成核電荷數(shù)減少1，質(zhì)量數(shù)不變的另一種原子核。由于K層最靠近核，所以K俘獲最易發(fā)生。在K俘獲發(fā)生時(shí)，必有外層電子去填補(bǔ)內(nèi)層上的空位，并放射出具有子體特征的標(biāo)識(shí)X射線。這一能量也可能傳遞給更外層電子，使它成為自由電子發(fā)射出去，這個(gè)電子稱作“俄歇電子”。3）γ衰變和內(nèi)變換(1)γ衰變處于激發(fā)態(tài)的核，通過放射出γ射線而躍遷到基態(tài)或較低能態(tài)的現(xiàn)象。γ射線的穿透力很強(qiáng)。γ射線在醫(yī)學(xué)核物理技術(shù)等應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位。(2)內(nèi)變換有時(shí)處于激發(fā)態(tài)的核可以不輻射γ射線回到基態(tài)或較低能態(tài)，而是將能量直接傳給一個(gè)核外電子（主要是K層電子），使該電子電離出去。這種現(xiàn)象稱為內(nèi)變換，所放出的電子稱作內(nèi)變換電子。3.我國(guó)電力現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前人類已耗用了的能源總量近3000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，自1973年以來，從地球開采的石油近5000億桶(約合800億噸),剩下的石油按現(xiàn)有生產(chǎn)水平計(jì)算，還可保證開采40年。天然氣也只能持續(xù)開采50年，石油、煤和天然氣資源都正在快速地走向枯竭，并且化石能源的過度應(yīng)用還導(dǎo)致了等氣體大量積累，形成了溫室效應(yīng)。因此尋找一種既能替代化石能源又不影響人類生存環(huán)境的能源是各國(guó)多年來的努力目標(biāo)。在新能源中，水能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿入m然具備一定的條件，但這些能源不是儲(chǔ)量太少就是屬于間竭能源，只有核電具備潛力巨大、能大規(guī)模、全天候?yàn)槿祟愰L(zhǎng)期提供所需能源的能力。中國(guó)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(guó)目前建成和在建的核電站總裝機(jī)容量為870萬千瓦，預(yù)計(jì)到2010年中國(guó)核電裝機(jī)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(guó)核電裝機(jī)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(guó)電力總裝機(jī)容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國(guó)電力總裝機(jī)容量的10%）。中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)正在制定中國(guó)核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準(zhǔn)備到2020年中國(guó)電力總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)為9億千瓦時(shí)，核電的比重將占電力總?cè)萘康?%，即是中國(guó)核電在2020年時(shí)將為3600-4000MW。從核電發(fā)展總趨勢(shì)來看，中國(guó)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。4.結(jié)束語核能替代化石能源的前景及環(huán)保上的優(yōu)越性是有目共睹的。但近年來由于發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，常規(guī)能源利用率的提高和人們對(duì)核事故的恐懼，總體上發(fā)達(dá)國(guó)家核電在下滑。迫于民眾的壓力，一些國(guó)家已表示不再發(fā)展核電，如意大利、德國(guó)等。發(fā)展中國(guó)家出于從能源供應(yīng)的可靠性和國(guó)家的安全考慮，正在穩(wěn)步地發(fā)展核電。核聚變反應(yīng)堆現(xiàn)在正進(jìn)行國(guó)際合作，預(yù)測(cè)在2025年可建成示范性聚變堆，真正的商業(yè)化將在2040年后實(shí)現(xiàn)。50年后，人類將真正進(jìn)入沒有任何核污染、燃料來源難以窮盡的核文明時(shí)代，屆時(shí)人類將再不用為能源和利用能源對(duì)環(huán)境造成的危害擔(dān)憂，生存條件會(huì)越來越好。石油、煤炭、天然氣和和鈾礦這些礦物能源儲(chǔ)量面臨枯竭。現(xiàn)在的青少年，在他們老之將到時(shí)，很可能就會(huì)目睹，原野里那些曾經(jīng)日夜勞作的抽油機(jī)在凄風(fēng)苦雨而中逝去。再過幾代的人們，什么煉油廠、輸油管道、燃煤電廠、……，對(duì)于他們來說，就會(huì)成為昨天的故事。人類應(yīng)該未雨綢繆，不要待礦物能源用盡之后再作反應(yīng)。未來能源結(jié)構(gòu)必定是多能互補(bǔ)，各顯其能的時(shí)代?，F(xiàn)階段就應(yīng)該加快提高新能源和可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例。新能源和可再生能源由于污染少甚至無污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)十分有利。我們只有一個(gè)地球，為了天更藍(lán)、地更綠、水更清，大家多選用清潔的新能源吧！各級(jí)政府應(yīng)再加大扶持力度，行業(yè)組織再加大產(chǎn)業(yè)政策和信息宣傳，使新能源和可再生能源利用不斷躍上新臺(tái)階。積極培育市場(chǎng)、規(guī)范市場(chǎng)、激勵(lì)市場(chǎng)。積極利用全球環(huán)境基金、世界銀行、亞行貸款和國(guó)際援助，加強(qiáng)技術(shù)交流，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)新能源和可再生能源發(fā)展。新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)龐大，穩(wěn)步增長(zhǎng)，前途無限，存在令人鼓舞的商業(yè)機(jī)會(huì)，愿更多的金融投資者和企業(yè)家關(guān)注新能