专题四 核能技术

1、核能的开发和利用核能的开发和利用 核能是通过原子核发生反应而释放出的核能是通过原子核发生反应而释放出的巨大能量。巨大能量。 瑞瑞 士士 的的 核核 电电 站站核能专题1939年，哈恩和斯特拉斯曼发现了核裂变现象年，哈恩和斯特拉斯曼发现了核裂变现象哈恩哈恩费米费米一、核能的发展历程一、核能的发展历程 教学录象片：核裂变n获得核能的两条途径是：获得核能的两条途径是： 裂变裂变 当当235U核吸收一个中子后，就会形成复合核吸收一个中子后，就会形成复合236U核，核，而而236U核是不稳定的，它很快发生形变由椭球形进而变核是不稳定的，它很快发生形变由椭球形进而变成不对称的哑铃形，然后发生断裂，成为两个

2、略有大小成不对称的哑铃形，然后发生断裂，成为两个略有大小差异的产物核，同时放出若干个中子，下图为复合核裂差异的产物核，同时放出若干个中子，下图为复合核裂变示意。变示意。一个重核在中子的轰击下分裂成高能碎片的反应叫做核裂变一个重核在中子的轰击下分裂成高能碎片的反应叫做核裂变 当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子可当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子可以分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发生亏损，以分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发生亏损，因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子。因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子。 重重 核核 裂裂 变变链式反应链式反

3、应聚变聚变两个轻核发生碰撞结合成重核的反应叫做核聚变两个轻核发生碰撞结合成重核的反应叫做核聚变. .聚变需聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生，因此聚变又叫热要在几百万摄氏度的高温下才能发生，因此聚变又叫热核反应核反应.演示:聚变二、重核裂变的可控性二、重核裂变的可控性 费费 米米世界上第一座核反应堆世界上第一座核反应堆 1942年，费米建立了第一个链式裂变反应堆年，费米建立了第一个链式裂变反应堆。第一个链式裂变反应堆第一个链式裂变反应堆 如果对裂变如果对裂变的链式反应不加的链式反应不加控制，在极短时控制，在极短时间（约百万分之间（约百万分之几秒）会释放出几秒）会释放出大量核能，发生大量核能

4、，发生猛烈爆炸，原子猛烈爆炸，原子弹就是根据这个弹就是根据这个原理制成的原理制成的. 原子弹（氢弹）的破坏力表现在三方面原子弹（氢弹）的破坏力表现在三方面：光辐射光辐射：当核弹爆炸后，最先看到的是极强的：当核弹爆炸后，最先看到的是极强的光。这种强光可以引发近处的一切物体的燃光。这种强光可以引发近处的一切物体的燃烧，即使对距离很远处的人或动物也可以导烧，即使对距离很远处的人或动物也可以导致眼睛失明。致眼睛失明。中子和中子和辐射辐射：这种强粒子辐射可以立即使人：这种强粒子辐射可以立即使人和动物死亡，也可能使人患放射病。和动物死亡，也可能使人患放射病。冲击波冲击波：它可推倒建筑物、杀伤人员。：它可推

5、倒建筑物、杀伤人员。影视资料片：影视资料片：我国第一颗原子弹我国第一颗原子弹 两弹一星两弹一星 为便于和平利用核能，必须控制链式反应的速度，使核能为便于和平利用核能，必须控制链式反应的速度，使核能缓慢而又平稳地释放出来缓慢而又平稳地释放出来.为此，人们制成了一种专门装置为此，人们制成了一种专门装置核反应堆核反应堆. 核反应堆能缓慢、平稳地释放核能核反应堆能缓慢、平稳地释放核能.核反应堆通常采用热中子堆，常用的有压水堆、重水核反应堆通常采用热中子堆，常用的有压水堆、重水堆、石墨堆等。堆、石墨堆等。反应堆的堆心是原子能发电站的心脏，其中有反应堆的堆心是原子能发电站的心脏，其中有燃料棒燃料棒、慢化剂

6、慢化剂、冷却剂冷却剂和和控制棒控制棒（镉棒）。（镉棒）。 通过通过镉棒的插入镉棒的插入和和拔出拔出就可以就可以控制反应堆的运行控制反应堆的运行。冷却剂用来冷却燃料棒，并通过热交换器将热量送到无冷却剂用来冷却燃料棒，并通过热交换器将热量送到无放射性的发电部分，供发电使用。放射性的发电部分，供发电使用。 研究性重水反应堆研究性重水反应堆中国中国1980年建成的高年建成的高通量工程试验堆堆芯通量工程试验堆堆芯三、核电的优势及发展概况三、核电的优势及发展概况 在传统的能源构成中，火力发电和水力发电都有在传统的能源构成中，火力发电和水力发电都有其局限性。而核电作为一种新型的能源，具有得天独其局限性。而核

7、电作为一种新型的能源，具有得天独厚的优越性。它利用地球中蕴藏丰富的放射性同位素厚的优越性。它利用地球中蕴藏丰富的放射性同位素铀的裂变反应产生的巨大的能量来发电，效率既高又铀的裂变反应产生的巨大的能量来发电，效率既高又不污染环境。不污染环境。 核电核电虽然造价较高，但虽然造价较高，但运行成本低于火电。运行成本低于火电。核电核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低每千瓦时电能的成本比火电站要低20以上。核电站以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。而且还可以大大减少燃料的运输量。而且环境污染也比火环境污染也比火电

8、小得多电小得多，作为一种极好的能源，将来一定会在全世，作为一种极好的能源，将来一定会在全世界广泛推广使用。界广泛推广使用。 影视资料片：影视资料片：核能核能n核电站的发展现状核电站的发展现状n1954年年，前苏联建成了世界上第一座热中子核电站，前苏联建成了世界上第一座热中子核电站，而后被世界各国广泛推广。而后被世界各国广泛推广。n目前现状目前现状：世界上已经投入运行的热中子核电站已：世界上已经投入运行的热中子核电站已有有428座，遍布各大洲座，遍布各大洲34个国家和地区，个国家和地区，总装机容总装机容量已达量已达4亿多千瓦亿多千瓦，约占世界发电总量的约占世界发电总量的1/5。美国美国占首位占首

9、位，约占世界的，约占世界的1/3，其次为法国、日本、德，其次为法国、日本、德国和俄罗斯。国和俄罗斯。法国法国已有已有57座核电站在运行，发电量座核电站在运行，发电量占其全国占其全国总发电量的总发电量的77%，为世界之最，为世界之最。我国我国目前目前仅有仅有秦山核电站秦山核电站和和大亚湾核电站大亚湾核电站两座，装机容量仅两座，装机容量仅占总装机容量的占总装机容量的1%左右。左右。可控的核聚变反应可控的核聚变反应 核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射

10、，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理，核聚射，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理，核聚变的辐射则少得多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，变的辐射则少得多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。用之不竭。 从聚变反应可推算，从聚变反应可推算，1克氘发生热核聚变时放出的能克氘发生热核聚变时放出的能量为量为10万千瓦时，也就是万千瓦时，也就是10万度电能。地球上共有万度电能。地球上共有175亿亿亿吨海水，其中含氘亿吨海水，其中含氘35万亿吨，如果都能用来发电，可万亿吨，如果都能用来发电，可以想象足够人类用上几百亿年，再也不会有什么以想象足够人类用上几百亿年，再也不会有什么“能源能源危机危机”

11、了。了。 利用核聚变制造出来的氢弹威力惊人利用核聚变制造出来的氢弹威力惊人影视资料片影视资料片： 氢弹氢弹中中 国国 制制 造造 的的 第第 一一 颗颗 氢氢 弹弹磁约束聚变磁约束聚变 氢弹中释放的能量是爆炸式的，虽然在其氢弹中释放的能量是爆炸式的，虽然在其中实现了自持热核反应，但无法用于民用能中实现了自持热核反应，但无法用于民用能源，所以，要用热核反应作为能源，首要之源，所以，要用热核反应作为能源，首要之事是寻找能实现自持的方式和条件：事是寻找能实现自持的方式和条件：上亿度高温上亿度高温 + 不导热容器。不导热容器。 太阳给了我们启发太阳给了我们启发：太阳是一团进行自持：太阳是一团进行自持热

12、核反应的高温等离子体，它又是缓慢地释热核反应的高温等离子体，它又是缓慢地释放能量的，那么它是靠什么容器把等离子体放能量的，那么它是靠什么容器把等离子体约束在一起不致飞散的呢？它靠的是太阳极约束在一起不致飞散的呢？它靠的是太阳极其巨大的质量所产生的巨大的引力。其巨大的质量所产生的巨大的引力。太阳的太阳的引力场就是太阳的高温等离子体的引力场就是太阳的高温等离子体的“容器容器”。 地球上不可能有这样强的引力场，地球上不可能有这样强的引力场，但是可以利用其它的场。但是可以利用其它的场。磁约束磁约束：利用强磁场约束等离子体，因为：利用强磁场约束等离子体，因为等离子体由带负电的电子和带正电的原等离子体由带

13、负电的电子和带正电的原子核组成，它们在磁场中受磁力作用。子核组成，它们在磁场中受磁力作用。 目前美国、日本、欧洲和俄罗斯等国都目前美国、日本、欧洲和俄罗斯等国都已经建成大型的磁约束装置，已经建成大型的磁约束装置，我国也于我国也于1984年建成一座中型的磁约束装置年建成一座中型的磁约束装置环环流流1号号。美、英、俄三国正在合作建设一座。美、英、俄三国正在合作建设一座功率为功率为62万千瓦的国际聚变反应堆，希望万千瓦的国际聚变反应堆，希望使其输出能量超过输入能量，以实现聚变使其输出能量超过输入能量，以实现聚变发电的可能性。此外，也有人在尝试研制发电的可能性。此外，也有人在尝试研制聚变聚变裂变混合堆。裂变混合堆。估计到二十一世纪估计到二十一世纪中叶，磁约束核聚变发电站会有投入使用中叶，磁约束核聚变发电站会有投入使用的