核能消防课件

1、核能消防1 化学与社会化学与社会 Chemistry and Society 化学化工系化学化工系 核能消防2 第十三讲 核能及消防 核能消防3 能源分类 一次能源 二次能源 常规能源 新能源 煤制品洗煤，焦炭，煤气 石油制品汽油，煤油，柴油 燃料油，液化石油气 电力，氢能，余热，沼气，蒸气等 可再生能源水能 非再生能源如煤炭，石油 天然气，核裂变燃料 可再生能源太阳能， 风能，生物质能 非再生能源核聚变燃料 油页岩，油砂 核能消防4 核能核能1 火灾的消防火灾的消防2 核能消防5 13.1. 核反应核反应 原子核 1H 16O A. 原子结构示意图 电子 电子轨道行径距离为原子核直径的 10

2、,000 倍 核能消防6 -104090140190240 質量數質量數 0 2 4 6 8 10 束縛能/核子電子伏特束縛能/核子電子伏特 氘 氚 氦 鐵 鈾235 核能消防7 中子 核 XA核XA+1 复合暂态 核XA 中子 弹性碰撞 (n,n) 核XA 激发状态 中子 非弹性碰撞 (n,n) 核XA+1 (活化产物) 伽马射线 辐射吸收 (n,gamma) 核XA1 核XA2 2 3 中子 核分裂 (n,f) 中子与原子核作用分类示意图 B. 核反应示意图 核能消防8 235U 中子 中 子 235U 137Ba 96Kr + 193.6百万电子伏能量 核裂变示意图 核能消防9 2D2D

3、 3T 1H + 4.02百 万电子伏能 量 核聚变 核聚变示意图 核能消防10 核核核质量核质量/u质量亏损质量亏损/u核结合能核结合能/J 4He 4.001500.0304-4.5369 x -12 56Fe 56.449380.52872-7.89062 x -11 235U 239.93561.935-2.8882 x -10 三种核的质量亏损和结合能 结合能越大的核就越稳定，使它分裂成单 个核子就需要更高的能量 2 cmE 核能消防11 13.2. 核能的利用核能的利用 A. 原子弹 核能消防12 1949年8月,苏联进行了原子弹试验。 1952年11月，美国进行了以液态氘为热核燃

4、料的氢弹 原理试验，但该实验装置非常笨重,不能用作武器。 1953年8月，苏联进行了以固态氘化锂6为热核燃料的 氢弹试验,使氢弹的实用成为可能。 1954年2月美国进行了类似的氢弹试验。 50和60年代，英国、法国各自先后进行了原子弹与氢 弹试验 1964年10月16日，首次原子弹试验成功。 1966年12月28日，小当量的氢弹原理试验成功； 1967年6月17日成功地进行了百万吨级的氢弹空投试 验。 核能消防13 1977年美军试爆中子弹成功，卡特总统便以之为 政治武器，希望逼前苏联裁军，保证不侵犯西欧。 但到了1978年4月，卡特在国内外各种压力下，推 迟了生产计划，改为只生产中子弹部件。

5、 1980年法国试爆了中子弹 没过多久，前苏联也有了中子弹 著名核子物理学家王淦昌，提出激光核聚变理论， 80年代初，建造了用于激光聚变研究的装置， 80年代末期成功试爆中子弹。 核能消防14 中子弹的特点： 一是早期核辐射效应强。 二是爆炸释放的能量低。 三是放射性沾染轻，持续时间短。 核能消防15 B. 医疗卫生 核能消防16 核能消防17 核能消防18 全身伽玛刀 核能消防19 C. 核能源供应 核能消防20 核能发电示意图 锅 炉 冷 凝 器 冷卻海水 涡轮机 发 电 机 蒸 汽 机 械 泵 核能消防21 核能消防22 核能消防23 核能消防24 能源密度 燃料生产电力 一吨煤2070

6、度 一桶石油 580度 一立方尺天然氣 0.1度 一颗核燃料丸2044度 核能消防25 核能消防26 1010亿瓦燃煤电厂燃煤需求量及其所产生污染亿瓦燃煤电厂燃煤需求量及其所产生污染 燃煤電廠 氮氧化合物全年 生成量相當於 20萬輛 排放量 每年燃煤消 耗量210 300万吨 核能消防27 營運費用 能源別燃料其他維護折舊後端營運利息合計 核能 11.7714.3111.799.1617.002.5566.58 燃煤 49.719.546.8617.682.4486.23 燃油 165.2910.1410.326.012.80194.56 天燃氣 217.2513.048.0834.752.1

7、0275.22 慣常水力 53.0232.34119.1026.25230.70 複循環 158.346.0913.1638.713.47219.77 風力 21.4244.34142.9015.75224.41 全公司 56.1338.258.7518.034.012.85128.02 核能消防28 billion kilowatt-hours 各国核能发电量(2003) 核能消防29 Source: International Atomic Energy Agency 各国核能发电占比 (2003) 核能消防30 发达世界：24个国家和地区（包括台湾和香港）。先进的发展中世界：47个国家和

8、地区（包括中国，巴西， 阿根廷等）。一般的发展中世界：13个国家和地区（印度，巴基斯坦，菲律宾等） 2003年MIT发表的多学科研究报告“核能的未来”预测2050年 核电达到1000-1500GWe 2000年2050年：1000-1500 GWe 人均电力 消费(kWhr) 核电等价装 机(GWe) 核发电量 占的份额 人均电力 消费(kWhr) 核电等价装机 (GWe) 核发电量 占的份额 发达世界888822023%15659593-92133-51% 先进的发 展中世界 1445102.2%4234183-35812-24% 一般的发 展中世界 47122.1%2850126-2511

9、5-29% 前苏联39252418%611849-7727-42% 美国127858220%21026286-47730-50% 日本74253131%1221261-9140-60% 韩国54361138%698026-3750-70% 中国9461.41%4000100-20015-30% 核能消防31 a. 热污染较火电厂严重 b. 排放微量的放射性物质 c. 产生放射性废料 d. 民众对安全的疑虑 核能消防32 核能消防33 核能核能1 火灾消防火灾消防2 核能消防34 央视新大楼北配楼发生火灾 核能消防35 2010年年11月月15日上海火灾日上海火灾 核能消防36 2008年1月2

10、日，乌鲁木齐德汇国际广场火灾现场。 核能消防37 2010年年11月月13日清华学堂古建筑火灾日清华学堂古建筑火灾 核能消防38 A. 火灾产生条件 B. 化学自燃 C. 火灾消防原理 D. 消防救援知识 核能消防39 A. 火灾产生条件 火区的温度较高，使其中白炽的固体粒子和某 些不稳定(或受激发)的中间物质分子内电子发生能级 跃迁，从而发出各种波长的光。发光的气相火区就 是火焰，它的存在是火过程中最明显的标志。由于 不完全燃烧等原因，会使产物中混有一些微小颗粒， 这样就形成了烟。 现在，人们发现很多火反应不是直接进行的， 而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行 的循环链式反应。这里，

11、游离基的链锁反应是火反 应的实质，光和热是火存在过程中的物理现象。 火灾的本质 核能消防40 从本质上讲，火反应是一种氧化还原反应，它 服从于化学动力学、化学热力学的定律以及其他自 然的基本定律（质量守恒、能量守恒），但其放热、 发光、发烟、伴 有火焰等基本特征表明它不同于 一般的氧化还原反应。如果火反应速度极快，则因 高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用， 使反应能量直接转变为机械功， 在压力释放的同 时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。它与 一般的火没有本质差别，主要区别在于物质的反应 速度，一定条件下，两者可以互相转化。 核能消防41 a. 可燃物(还原剂) 凡是能与空气中的氧

12、或其它氧化剂起火反应的物质， 均称为可燃物。如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸 张、塑料、橡胶、纺织纤维、硫、磷、钾、钠等。 火形成的必要条件 b. 助燃物(氧化剂) 凡是与可燃物结合能导致和支持火存在的物质，都叫 做助燃物。如空气(氧气)、氯气、氯酸钾、高锰酸钾、 过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，一般情况下，可 燃物的燃烧都是指在空气中进行的。 c. 点火源 凡是能引起物质产生火的点燃能源，统称为点火源。 如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应 热、电火花、光热射线等。 核能消防42 a. 一定的可燃物浓度 可燃气体或蒸气只有达到一定的浓度时才会产生火。 如，氢气的浓度低于4%时

13、，不能被点燃；煤油在 20时，接触明火也不能产生火。 火形成的充分条件 b. 一定的含氧量 可燃物产生火所需要的最低含氧量。 c. 一定的着火能量 即能引起可燃物质燃烧的最小着火能量。 d. 相互作用 火存在的三个基本条件需相互作用，火才能发生和 持续进行。 核能消防43 核能消防44 B. 化学自燃 自燃 连续加热，尽管没有与明火接触，但当温度升高 至某一温度时，发生燃烧的现象称为自燃，此时的温 度称为自燃点 金属K 或Na等遇水或水蒸气会发生自燃 2K + 2H2O = 2KOH + H2 + Q 白磷30oC时发生自燃 4P + 5O2 = 2P2O5 + Q 核能消防45 C. 火灾消

14、防原理 防火基本原理 防止火存在三个基本条件中的任何一条，都 可以防止火灾的发生。一切防火技术措施都包括 两个方面：一是防止形成火的基本条件产生；二 是避免形成火基本条件相互作用。 核能消防46 a. 控制可燃物 在生活中和生产的可能的条件下，用难燃或不燃材 料代替易燃材料；降低可燃物质（可燃气体、蒸气和 粉尘）在空气中的浓度，如在工厂车间或库房易产生 可燃气体 的地方，可采用通风或局部通风，使可燃 物不易积累，从而不会超过最高允许浓度；防止可燃 物质跑、冒、漏、滴；对于那些相互作用能产生可燃 气体或蒸气的物品 应加以隔离，分开存放；在森林 中采用防火隔离林等。 核能消防47 b. 隔绝空气

15、涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行； 对有异常危险的，要充入惰性介质保护；隔绝空气储 存某些物质等。 c. 消除点火源 在易产生可燃性气体的场所，应采用防爆电器；同 时禁止一切火种。 d. 防止形成新火的条件，阻止火灾范围扩大 设置阻火装置，阻止火焰蔓延；在车间或库房里筑 防火墙，或在建筑物之间留防火间距，一旦发生火灾， 使之不能形成新的燃烧条件，防止扩大火灾范围。 核能消防48 a. 隔离法 隔离法就是将可燃物与着火源隔离开来。如将尚未着 火的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；断绝 可燃物来源等，燃烧区得不到足够的可燃物就会熄火。 灭火基本原理 b. 窒息法 窒息法就是消除

16、燃烧条件之一助燃物（氧气、空气 或其它氧化剂），使火停止。常用的措施有：用不燃或 难燃物捂住燃烧物表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火 的容器；密闭起火的建筑物的孔洞等，使燃烧区得不到 足够的氧气而窒息。 核能消防49 c. 冷却法 冷却法就是将燃烧物的温度降至着火点（燃点） 以下，使燃烧停止；或者将临近着火场的可燃 物温度降低，避免形成新的燃烧条件。 核能消防50 D. 消防救援知识 火灾的分类火灾的分类 A类火灾：指固体物质火灾。这中物质往往具有 有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。 B类火灾：指液体火灾和可熔化的固体火灾。如 汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、沥青等。 C类火灾：指气体火灾。如煤气、天然气、乙烷、 甲烷、氢气等。 D类火灾：指金属火灾