核能和平利用的现状和前景

核能和平利用的现状和前景

2/5/20231一、核能在能源中的地位二、核能是怎样产生的？三、核反应堆与核电站四、核电站安全吗？五、诱人的前景--核聚变发电六、中国能源发展战略2/5/20232

一、核能在能源中的地位2/5/20233

能源是人类赖以生存和发展的基本条件，是国家国民经济的基础产业，它对国民经济持续快速健康发展和人民生活的改善发挥着十分重要的促进与保障作用。自然也是各国利益争夺的重点和外交热点之一。2/5/20234

纵观社会发展史，人类经历了柴草能源时期、煤炭能源时期和石油天然气能源时期，目前正向新能源时期过渡，并仍在不懈地为社会进步寻找和开发更新更安全的能源。可以相信能源的多元时代即将来临。2/5/20235

目前，人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主，在世界一次能源消费结构中，这三者的总和约占93%左右。

所谓一次能源是指从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，如原油、原煤、天然气、生物质能、水能、核燃料、太阳能、地热能、潮汐能等。2/5/20236

电力，因其输送方便和干净，已成为使用最广的二次能源。

所谓二次能源是指一次能源经过加工或转换得到的能源，如煤气、焦碳、汽油、煤油、电力、热水、氢能等。2/5/20237

煤炭和石油发电在消耗了大量宝贵的化石资源的同时，放出的废气严重污染环境，大量的燃料运输又给交输部门增添了沉重的负担。水力发电因为只有江河发电才有工业利用价值，且受季节洪水影响很大，库区移民安置问题始终困扰着水电的发展。2/5/20238

太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等其它能源在目前的技术水平下都很难形成工业规模。只有核能是唯一可替代传统能源(火力发电和水力发电)，并能形成工业规模的新能源。2/5/20239全世界现有440座核电机组在运行，总装机为3.668亿千瓦（电功率）.核电占全球总电力生产量的16％，核电已成为世界能源结构中重要组成部分之一。2/5/202310

全世界共有6个国家的核电在国家电力生产中的比例超过50％，有19个国家的核电在国家电力生产中的比例超过20％，其中：

法国（78％）、韩国（38％）、

立陶宛（72％）、德国（32％）、

斯洛伐克（55％）、日本（29％）、

比利时（55％）、西班牙（23％）、

瑞典（52％）、美国（20％）、

乌克兰（51％）、英国（20％）。

2/5/202311NUCLEARPOWERPLANTSINFORMATION

2/5/202312

按照正在运行的核电机组数来排列美国（104）、德国（17）、法国（59）、加拿大（17）、日本（54）、乌克兰（15）、俄国（31）、印度（15）、英国（23）、瑞典（10）.

韩国（20）、2/5/202313

我国（不包括台湾在内）现有

9台核电机组在运行，核电仅占全国电力生产总量的2.2％.

我国台湾还有6台核电机组在运行，核电占台湾电力生产总量的25％.2/5/202314二、核能是怎样产生的？2/5/202315自然界中存在的千万种物质分子原子(元素)电子质子中子原子量水H2OHO1818081.007915.999二氧化碳CO2CO68686812.01115.999盐NaClNaCl11171117111822.989835.453天然铀U同位素U238(约占99.3%)U235(约占0.7%)U233(极少)929292929292146143141238.0292/5/2023162/5/202317原子核

Nucleus

原子核的体积很小，位於原子的中心，由质子和中子組成。

质子帶有正电荷。

电子环绕着原子核运转，电子帶负电荷。

2/5/202318

氦原子结构示意图

氦原子由原子核与核外电子构成，核内有2个质子（带正电）、2个中子（电中性），核外有绕核高速运动的2个电子（带负电）。原子核的半径约占原子半径的几万分之一。

2/5/202319核裂变Nuclearfission

核裂变是一个质量数较大的原子核分裂成兩个中等质量的原子核，並有中子和能量放出。2/5/2023202/5/202321核聚变

Nuclearfusion

核聚变是两个原子质量小的原子核結合成一個原子质量较大的原子核，並释放出大量能量。

2/5/202322氘氚聚变反应2/5/202323

核裂变和核聚变之所以能释放能量是由于重核核裂变和轻核核聚变时出现原子核质量亏损。

按照爱因斯坦质能转换定律：

E=MC2

其中E能量(尔格)

M质量(克)

C光速=3x1010厘米/秒2/5/202324

重核裂变成中等质量原子核时释放的能量，称为核裂变能。

轻核聚合成中等质量原子核时释放的能量，称为核聚变能。2/5/202325

核裂变是原子弹以及当今世界上所有核电站的原理。

核聚变是氢弹以及太阳上发生的反应的原理。2/5/202326三、核反应堆与核电站2/5/202327核反应堆

Nuclearreactor

核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配核燃料从而实现可控裂变链式反应的装置。2/5/2023282/5/202329

铀-235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2-3个中子。这些裂变产生的中子又去轰击另外的铀-235原子核，引起新的裂变，如此持续进行就形成了裂变链式反应。2/5/202330

在核反应堆中，加入吸收中子的材料(如硼、鎘)吸收多余的中子，维持链式反应在可控条件下，就是可控裂变链式反应。

2/5/2023312/5/202332裂变材料

慢化剂

冷却剂

核反应堆堆型

稍加浓铀H2OH2O

轻水堆

(压水堆、沸水堆)

稍加浓铀石墨H2O石墨慢化

轻水冷却堆

稍加浓铀D2OH2O重水慢化

轻水冷却堆

天然铀D2OD2O重水堆

(CANDU型)

天然铀石墨CO2气冷堆

铀-钚混合Na钠冷快中子堆2/5/2023332/5/202334

第一代是指上世纪50代到60年代初建成的几座示范型核反应堆发电机组，目前已全部关闭。

第二代是指上世纪60年代起至今建成的四百多座核反应堆发电机组，除少数因达到寿期关闭外，绝大多数仍在运行中。

第三代是指正在开发中的性能更好的核反应堆发电机组。2/5/2023352/5/202336

欧洲压水堆(EPR)是目前唯一在建的第三代反应堆，是一种改进型的压水堆。EPR的电功率約1600MWe；建造工期缩短，從浇注第一罐混凝土到调试运行仅需57個月；能源利用效率提高36％，达到現在轻水反应堆最好的水平；其服役寿命可延長至60年；

同等发电量，EPR比一般轻水堆少用15％的铀燃料，因此也減少了废物产量。

2/5/202337

芬兰在2003年12月18日与AREVA和西門子联合体签署合同，在芬兰的Olkiluoto

厂址建造一台EPR机組。第一罐混凝土已于2005年年中浇灌。

法国电力公司決定在諾曼底的弗拉芒維尔厂址开始建造EPR系列的首台机組。該項目將于2007年开始，預计5

年完成

。2/5/202338

核电站与火电站(燃煤电站和燃油电站)相比有很多优越性。

第一，从能量角度看，裂变能比化学能大得多。1公斤铀裂变释放的能量＝2700吨优质煤所释放的能量。2/5/202339

第二，从资源角度看，已探明铀矿、钍矿按蕴藏的能量计算为所有有机燃料的20倍。

而石油、煤等有机燃料是极有用的化工原料，在地球上形成时间约亿万年，按已探明和预计的蕴藏量计算，石油和天然气仅够使用50－70年，煤仅够使用140－200年。2/5/202340

第三，从运输角度看，100万千瓦核电站每年需补充的铀235不到

1吨，每年只需运输一次燃料组件约27吨。

而100万千瓦煤电站每年需烧煤260万吨，每天必须有一艘万吨巨轮或五列1400吨的火车运煤。2/5/202341

第四，从环境保护角度看，核电站不排放CO2、SO2、

NOx、灰尘等有害人体健康的物质，排出的放射性废物在排放之前均处理到排放限值以下。

而100万千瓦的煤电站排出：

CO2650万吨/年、SO2900吨/年、

NOx4500吨/年、灰尘32万吨/年(其中有毒重金属400吨/年)，大多未经处理直接排入环境。

2/5/202342

由快中子引起裂变链式反应的反应堆，叫做快中子反应堆（简称快堆）。

2/5/202343快堆的优点：

(1)快堆可利用占天然铀99.3%的

铀－238，把铀资源的有效利用

率增大数十倍。

(2)快堆核电站是热中子堆核电站

最好的继续。快堆可利用核工

业发展堆积的大量贫铀(含

铀－235很少的铀－238），用

贫铀来发电，并增殖燃料。

2/5/202344

目前快堆的主要问题是验证其经济性。只有当快堆在经济上可以与目前的压水堆竞争时，快堆才有可能大规模进入市场。

2/5/202345四、核电站安全吗？2/5/202346

核技术，因在其应用中产生不稳定核素而放出电离辐射，有可能对人体健康带来危害，特别是核技术最初用于军事，原子弹爆炸的阴影长期留在人们的记忆中，切尔诺贝利事故后西方反核势力和媒体的夸大宣传，公众普遍存在恐核心理。因此，核安全受到世界范围的特殊的重视。

2/5/202347

为了保证核安全，取得公众的信赖，世界各国在核电站的设计、建造、运行和退役过程中，采取了一系列技术措施及管理措施，以国家法律和法规的形式颁布并严格实施。

2/5/202348

对于电离辐射对人体健康的危害需要科学地对待。

首先，必须将作为民用的核电站与作为军用的核武器（原子弹）严格区别开来。2/5/202349

核电站

原子弹

用途民用军用

燃料3%U23593%U235

反应临界，可控超临界，不可控

利用热能冲击波，热辐射

放射性封闭外泄

2/5/202350放射性辐射对人体的健康效应

（1）确定性效应：皮肤烧伤直至急性死亡。

临床经验表明，放射性辐射对人体的健康效应存在一个阈值。

只有当受照剂量大于数千毫希伏以上才会发生严重的放射性病，甚至急性死亡。2/5/202351

切尔诺贝利事故受照者的辐射效应研究结果:1986－1987年间约有20万人参与事故后清理工作，他们是受照射最严重的人群，平均受剂量约100毫希伏。其中134人确诊为辐射综合症，这134人中有28人在头三个月内死去(预计受到数千毫希伏的致死剂量)。确诊为辐射综合症134人中,在1987－1996年间有14名患者死亡，但他们的死亡不一定全归因于辐射效应。2/5/202352（2)随机效应：癌症及遗传效应。

在对广岛、长崎原子弹爆炸的10万幸存者的40多年随访表明，辐射造成的癌症死亡仅占癌症总死亡人数的5%.

在对这些幸存者后代进行的遗传效应研究表明，其第一代未发现明显的遗传效应，预计以后几代的遗传效应也将微乎其微。

2/5/202353

核电厂运行产生的环境剂量调查

在由几个反应堆机组组成的核电厂厂址边界上的测量结果:

放射性废气对周围居民产生的全身剂量小于0.1mSv/年

放射性废液对周围居民产生的全身剂量小于0.05mSv/年

而宇宙射线及地下放射性核素造成的天然辐射本底值平均为2.4mSv/年。2/5/202354

反应堆厂址周围1500万居民各类事故引起的死亡人数统计

机动车事故1200人/年

坠落事故1500人/年

火灾560人/年

触电90人/年

雷击8人/年

反应堆(100座)事故

0.3人/年2/5/202355核电厂运行安全目标：

（1）核电厂运行对公众个人产生的平均急性死亡风险低于因其它事故产生的个人总急性死亡风险的千分之一；

（2）核电厂运行对接近核电站的公众产生的癌症死亡风险低于因所有其它原因产生的公众总癌症死亡风险的千分之一。

2/5/202356

我国秦山核电厂和大亚湾核电厂自运行以来，从未发生涉及环境的运行事件。三废处理系统运行良好，年排放量远低于国家规定的排放限值。核电厂和地方政府在厂址附近设置的辐射监测系统进行连续监测和定期抽样测量表明，未对环境的辐射水平产生可察觉的影响。2/5/202357六、中国能源发展战略2/5/202358

能源资源短缺已成为中国在

发展道路上面对的最大挑战之一。

人均石油可开采储量只有2.6吨，

人均天然气可采储量1074立方米，人均煤炭可采储量90吨，

分别为世界平均值的11.3％、

４.3％和55.4％。

2/5/202359

我国的水电资源的开发率仅为15％，远低于世界平均水平，也落后于印度、越南、巴西等发展中国家。我国的水电开发程度存在着地区间的明显差异，东部水电开发程度为68％，可开发的大型水电所剩无几；而西部水电的开发率仅为

８％，但开发难度和开发成本比较大。

2/5/202360

资源量有限仅仅是问题的一个方面，还应看到，长期以来以煤为主的能源结构造成我国能源利用效率低下，经济效益差，生态环境破坏严重。长远看，过度依赖煤炭将对资源的可持续供应造成压力。2/5/202361

2005年中国一次能源生产总量约为12.3亿吨标准煤，其中煤炭占63.83％、石油18.78％、天然气5.96％、水电核电等11.43％

.2/5/202362

要实现2020年我国国民生产总值(GDP)翻两番的战略目标，电力生产至少翻一番，也就是说，到2020年我国总发电装机容量应超过8亿千瓦，即需新增发电装机容