核能-关于2013届本科毕业生在线调查发布的通知

核能核能的发现

1905年，爱因斯坦提出质能方程E=mc^2，揭示了质量和能量的联系，指出了获取能量的新途径。1939年，哈恩和史特拉斯曼发现了铀235的裂变。1942年，费米等在芝加哥大学建成了核反应堆。1945年7月16日，世界第一颗原子弹“瘦子”，于在美国新墨西哥州阿拉莫戈多附近的沙漠地区进行核试验成功。1954年，前苏联建成了世界上的第一座核电站。从此，人类打开了核能利用的大门。核能的优点

1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。

2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3.核能是高度浓集的能源，又是地球上储量最丰富的能源。地球上已探明的铀矿和钍矿所含能量相当于有机燃料的20倍。地球上海水中所含的氘约40万亿吨，可供人类使用上万年。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。

5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。核裂变核裂变(Nuclearfission)又称核分裂，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀铀、钍、钚等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能。（想像一下我们有很多打开的老鼠夹子，每个夹子上都有两个弹珠，当一个夹子把弹珠弹出去的时候正好弹到另一个夹子上，引发这个夹子把自己的弹珠弹出去并射到别的夹子上……这样越来越多夹子被别的弹珠弹到并弹出自己的弹珠，直到夹子全部关上。这就是核链式反应的原理。）（这段不放，我自己说）裂变反应方程式235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n，以上只是典型的两个链式反应，通过质能方程E=mc^2，我们可以计算出1g铀235反应可以放出8.1×10^7kJ的能量，相当于约2.7×10^6g煤燃烧所放出的能量，可见核能的巨大。核聚变核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。典型的聚变反应

411H—→42He+20n+1e+2.67×10^7eV21H+21H—→32He+10n+3.2×10^6eV

21H+21H—→31He+11H+4×10^6eV

31H+21H—→42He+10n+1.76×10^7eV尽管核聚变比核裂变发出的能量还要大，但是目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。关于核电站核电站的发电原理核电站是怎样发电的呢？简而言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。使核能转变成热能。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电，使机械能转变成电能。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。热中子反应堆热中子反应堆是指能够在受控下(所以不会发生原子弹那样爆炸)持续进行核裂变链式(连锁)反应的装置。所以把它叫做“堆”，是因为世界上第一个核反应堆是用石墨块(用以控制反应速度)和金属铀块(反应燃料)一层一层交替地“堆”起来而构成的。后来，其他不用石墨的核反应装置，仍沿用这种叫法。热中子反应堆是一种进行核裂变的反应堆。目前，已经实用化的核反应堆有轻水堆和重水堆(重水是氢的同位素氘(重氢)同氧的化合物)之别。目前使用的多为轻水堆。在轻水堆中，水被兼作减速(和石墨一样起控制反应速度的作用)和冷却用。轻水堆又可分为压水型和沸腾水型的，现在大多数核电站用的都是压水型的。热中子反应堆容易发生裂变的核有233U、235U、239Pu，而自然界中只有235U，且含量很低。但是自然界中的238U、232Th储量比较丰富！为提高核燃料的利用率就可以用快中子增殖堆使238U转化为239Pu，使232Th转化为233U。使用快中子的原因是燃料在快中子作用下发生裂变产生的中子比较多，除了维持裂变反应外还有剩余的中子使可裂变核U238或Th232发生反应转化成易裂变核Pu239或U233。增殖反应的方程式如下：

238U＋n→239U→239Np→239Pu232Th＋n→233Th→233Pa→233U快中子增殖堆使用快中子谱，因此不要慢化剂，冷却剂使用液态金属，因其核质量较大，不产生慢化。常用的是液态钠。快中子堆还有另外一个重要作用，就是焚烧！它可以利用快中子将热中子反应堆中产生的长寿命放射性元素烧掉，减少对环境的污染与对后代的威胁。但是燃料初装量大，倍增时间长的问题是快堆发展的不利因素。可控聚变堆可控聚变堆利用核聚变能来发电。如果可控聚变堆成功了水中的氘和氚足以满足人类几十亿年对能量的要求。实现可控聚变难度相当大，首先要满足以下三个条件：反应温度要达到一亿摄氏度，并且此时处于高温等离子态的反应物不能与器壁碰撞；等离子体约束时间要达到1s；等离子体密度要达到每立方厘米500万亿个。目前主要研究的有通过激光约束、磁约束、惯性约束和μ介质催化等离子体的稳定约束。核聚变较之核裂变有两个重大优点：一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。至于氚，虽然自然界中不存在，但靠中子同锂作用可以产生，而海水中也含有大量锂。二是既干净又安全。因为它不会产生污染环境的放射性物质，所以是干净的。同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，所以是安全的。关于核武器

原子弹是利用重核裂变瞬间释放出巨大能量，引起杀伤破坏的武器。原子弹里用于裂变的材料是铀或钚两种元素的同位素——铀-235或钚-239，它们的原子核在接受到一个中子后，就会分裂成大小、重量差不多的两个原子核，同时释放出约200MeV的能量。铀的比重和黄金差不多，所以1摩尔的铀也就和250克的金条差不多大，可以放在手心里。这些原子如果全部裂变的话，能量相当惊人，差不多相当于600吨煤完全燃烧所释放的能量。1kg的铀-235或钚-239完全裂变，释放出的能量大约等于2万吨烈性的TNT炸药爆炸的威力。铀-235的原子核裂变时，还会放出中子，有时一个也没有，有时能达到6个，平均有2.5个。这就是说，一个中子引起的核裂变，会放出2.5个中子。而这些中子又会引起周围原子核的裂变，于是就会象雪崩一样引起一连串的原子核裂变，这个过程就叫链式反应。但是这些中子未必都会引起新的裂变，譬如由于原子核十分微小，所以中子不一定能接触到铀核，如果铀块不够大的话，有些中子就会飞出铀块，不能引起新的裂变。当然，铀块中的杂质也会吸收中子，使新的裂变不能进行。能使裂变材料的链式反应能持续进行的最小的体积称之为临界体积，这时它的质量成为临界质量。临界质量和裂变材料的种类、纯度、密度以及几何形状密切相关，如果材料包裹以中子反射材料的话，还可以降低临界质量。据网上说一般球形纯铀-235的临界质量约为50kg，δ相钚-239则为15～16kg；而加装中子反射材料后，铀-235的临界质量只有15kg了，而δ相钚-239则只有10～11kg了。之所以材料加工成球形，是因为体积一定时，球形表面积最小，中子泄漏也就减少了。氢弹hydrogenbomb氢弹：利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚、氘化锂-6等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器。又称聚变弹、热核弹。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级梯恩梯当量，氢弹的威力则可大至几千万吨级梯恩梯当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素，其战术技术性能比原子弹更好，用途也更广泛。氢弹具有巨大杀伤破坏威力，它在战略上有很重要的作用。对氢弹的研究与改进主要在3个方面：①提高比威力和使之小型化。②提高突防能力、生存能力和安全性能。③研制各种特殊性能的氢弹。氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能，要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。因此，比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要标志。当基本结构相同时，氢弹的比威力随其重量的增加而增加。中子弹中子弹(neutronbomb)，又称增强辐射武器(enhancedradiationweapon)，是以高能中子为主要杀伤因素、相对减弱冲击波和光辐射效应的一种特殊设计的小型氢弹。中子弹的特点是爆炸释放的能量不高，但核辐射很强。根据美国核物理学家S.T.柯恩提供的资料，在150米高度爆炸时，中子弹的辐射杀伤半径与威力大10倍的裂变武器的相当，约为同威力武器辐射杀伤半径的2倍，即杀伤面积的4倍。核潜艇核潜艇是潜艇中的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇。由于这种潜艇的生产与操作成本，加上相关设备的体积与重量，只有军用潜艇采用这种动力来源。核潜艇水下续航能力能达到20万海里，自持力达60-90天。核潜艇按照任务与武器装备的不同，可分以下几类：攻击型核潜艇，它是一种以鱼雷为主要武器的核潜艇，用于攻击敌方的水面舰船和水下潜艇；弹道导弹核潜艇，以弹道导弹为主要武器，也装备有自卫用的鱼雷，用于攻击战略目标；巡航导弹核潜艇，以巡航导弹为主要武器，用于实施战役、战术攻击。

核泄漏核能外泄最主要原因，就是核子反应炉核心冷却系统故障，导致控制辐射的相关设备失常。虽说核能外泄不一定全然包括核子灾害，但是已经是已知核能应用上的最大环保隐忧。另外，核能外泄虽也可指使用核能发电的航海器具所发生的灾害，尤其是潜舰，不过一般说来是指用来发电的核能电厂发生的核熔毁事件，例如：切尔诺贝利核事故。核泄漏对人体的影响放射性物质的衰变中产生电离辐射。它能破坏人体组织里分子和原子之间的化学键，可能对人体重要的生化结构与功能产生严重影响。我们的身体会尝试修复这些损伤，但是有时损伤过于严重或涉及太多组织与脏器，以至于不可能修复。而且，身体在自然修复过程中，也很可能产生错误。最容易为辐射所伤的身体部分包括肠胃上皮细胞以及生成血细胞的那些骨髓细胞。最大的长期健康风险是癌症。通常当体细胞受损或老化到一定程度时，它们会自我消除。当这种自我消除的能力消失时，细胞获得“永生”，可以不受控制地不断地分裂，这就演化成癌症。我们的机体有许多机制来阻止细胞癌变，并替换受损的组织。然而辐射所带来的损害可以严重搅乱机体中的这些机制，从而让癌症风险大大提高。此外，如果机体不能很好的修复辐射带来的对化学键的破坏和改变，我们的基因里有可能会产生突变。这些突变不但增高自身的癌症风险，还有可能被传递下去，使得辐射的作用在子孙身上展现出来。这些作用包括较小的头部与脑部、眼部发育缺陷、生长缓慢和严重的认知学习缺陷。氦-3人类未来的新能源①氦－3是一种清洁、安全和高效率的核融合发电燃料。开发利用月球土壤中的氦---3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。②氦—3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。它有许多特殊的性质。根据稀释制冷理论，当氦—3和氦—4以一定的比例相混合后，温度可以降低到无限接近绝对零度。在温度达到2.18k以下的时候，液体状态的氦---3还会出现“超流”现象，即没有粘滞性，它甚至可以从盛放的杯子中“爬”出去。然而，当前氦—3最被人重视的特性还是它作为能源的潜力。氦—3可以和氢的同位素发生核聚变反应，但是与一般的核聚变反应不同，氦—3在聚变过程中不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，既环保又安全，但是地球上氦—3的储量总共不超过几百公斤，难以满足人类的需要。科学家发现，虽然地球上氦—3的储量非常少，但是在月球上，它的储量却是非常可观的。③氦大部分集中在颗粒小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。估计整个月球可提供71.5万吨氦—3。这些氦—3所能产生的电能，相当于1985年美国发电量的4万倍，考虑到月壤的开采、排气、同位素分