第十三讲+核能、消防

1化学与社会

ChemistryandSociety化学化工系2第十三讲

核能及消防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4主要内容核能1火灾的消防2513.1.核反应原子核1H16OA.原子结构示意图电子电子轨道行径距离为原子核直径的10,000倍67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XA22

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8235U中子中子235U137Ba96Kr+

193.6百万电子伏能量核裂变示意图92D2D3T1H+4.02百万电子伏能量核聚变核聚变示意图10核核质量/u质量亏损/u核结合能/J4He4.001500.0304-4.5369x-1256Fe56.449380.52872-7.89062x

-11235U239.93561.935-2.8882x

-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1113.2.核能的利用A.原子弹1945年8月，两颗投在日本的原子弹，结束了残忍的第二次世界大战。人类掌握无限能源的同时，也掌握自我毁灭的利器。121949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。131977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。

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。

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。

15B.医疗卫生可利用少量放射性元素进行体检与病变部位定位追踪。1617居里夫人放射性镭，可以杀死癌细胞，但其同时也能杀死正常细胞，所以可能出现头发脱落、恶心想吐的症状。18全身伽玛刀19C.核能源供应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212223a.不排放巨量的污染物质到大气中，无空气污染；b.不产生加重地球温室效应的二氧化碳；

c.鈾燃料，除了發電外，沒有其他的用途。d.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，

燃料体积小，存储、运输方便，一座1000百万瓦的核电厂一年只需30吨铀燃料；

e.核能发电的成本中，燃料費用所佔的比例較低，較不易受到国际经济形势影响；优势24能源密度燃料生产电力一吨煤2070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252610亿瓦燃煤电厂燃煤需求量及其所产生污染燃煤電廠每分钟900公斤灰尘每分钟15吨CO2每分钟200公斤SO2

10亿瓦燃煤电厂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2728billionkilowatt-hours各国核能发电量(2003)29Source:InternationalAtomicEnergyAgency各国核能发电占比(2003)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1000-1500GWe2000年2050年：1000-1500GWe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%2850126-25115-29%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%31a.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3233核能1火灾消防2342009年2月9日央视新大楼北配楼发生火灾352010年11月15日上海火灾362008年1月2日，乌鲁木齐德汇国际广场火灾现场。372010年11月13日清华学堂古建筑火灾38A.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39A.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，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。41a.可燃物(还原剂)

凡是能与空气中的氧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。

42a.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，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。

4344B.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+Q45C.火灾消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。

46a.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。47b.隔绝空气

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。

48a.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。49d.抑制灭火法抑制灭火法，是将化学灭火剂喷入燃烧区参与燃烧反应，中止链反应而使燃烧反应停止。采用这种方法可使用的灭火剂有干粉和卤代烷灭火剂。灭火时，将足够数量的灭火剂准确地喷射到燃烧区内，使灭火剂阻断燃烧反应，同时还要采取必要的冷却降温措施，以防复燃。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。

50D.消防救援知识火灾的分类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。如钾、铝等。

51a.教育孩子儿童不玩火，不玩弄电器设备b.使用明火要小心c.用电用气当谨慎d.莫使