新能源发电 第14讲 （西安交大）.ppt

1、铀浓缩,核电站使用的铀燃料要求铀-235的含量达到2%5%,有些堆要求10%25%,核武器要求铀-235的富集度达到90%.从矿石中提炼的天然铀中铀-235的含量只有0.7% 铀浓缩就是提高铀中铀-235的含量(富集度),实际上是进行铀-235和铀-238的同位素分离.由于铀-235和铀-238的物理性质和化学性质相同,仅原子核的质量数相差3,目前就是靠这点细小的差别进行分离的,因而该技术属十分敏感的高度机密技术.,目前常用的分离方法有气体扩散法,气体离心法和空气动力学法.分离时需将铀转化成易挥发的六氟化铀,集富后再还原成其他形式. 离心机转速20万转/分,上百级串联,消耗大量的能量.,核能的

2、军事应用,原子弹 利用铀-235和钚-239核材料在瞬间进行许多代链式反应,释放出巨大的能量,产生大规模的杀伤力的武器. 核材料的纯度要求 铀-235纯度90%以上,钚-239纯度93%以上. 临界质量 能维持链式反应的最小质量.在起爆前必须避免材料达到临界,一旦起爆必须迅速转变成超临界.临界质量与几何形状、物理密度及中子反射层的布置有关.,枪式原子弹 将一小块材料用炸药推进到两块处于次临界状态的核材料之间,使整个核材料系统变为超临界,引发链式反应.缺点是,链式反应速度慢,材料利用率低(仅1.2%),美国投在广岛的原子弹就是这种形式.内装65kg铀-235,爆炸当量仅为1.5万吨TNT.,内爆

3、式原子弹 采用内爆技术将处于次临界状态的核材料压紧，并压缩成高密度的超临界核材料而爆炸的原子弹。核材料经压缩后单位体积内的原子核数增加，链式反应速度提高，材料的表面积减小，中子泄漏的可能性减小，临界质量就减小了。既节省了材料又增加了爆炸威力。美国投在长崎的原子弹就是内爆式，只装了6.2kg 钚,爆炸威力为2.2万吨TNT.我国第一颗原子弹也是内爆式,而且是铀弹. 内爆技术的进一步发展就可实现核武器的小型化,例如美国的小型钚原子弹只需钚450克.,氢 弹,氢弹是利用核聚变能的核武器. 最容易实现的核聚变反应是氢的两种同位素:重氢氘(D)和超重氢(T),1kg氘氚完全聚变放出的能量是同样质量铀-2

4、35裂变能的4倍.,氘以重水D2O的形式存在于海水中,氚可以在核反应中产生.每升海水中含氘30mg,这30mg的氘聚变时放出的能量相当于300L汽油燃烧时产生的热量.全球海水中共有45104亿吨氘,若受控核聚变能实现,则可供人类尽情享用50亿年. 聚变反应不存在临界质量问题,但需要极高的温度,氘氚发生聚变反应需要的温度为600万度.在这样高的温度下,原子核才能有足够高的速度克服静电斥力相互接近，达到核力作用的距离范围,发生聚变反应.所以氢弹要用原子弹来点火. 直接用氘氚做燃料的氢弹称为“湿式”氢弹,太重无实战价值.,“干式”氢弹 采用氘化锂-6做核材料,当原子弹引爆时产生的高能中子与锂-6发生

5、核反应生成氚,氢铀弹 氢弹爆炸时产生的高能中子可以使铀-238发生裂变,而且不存在临界质量问题.因此用铀-238做外壳还可以再产生一次核裂变爆炸.整个氢弹的爆炸过程为:裂变聚变裂变,也称三相弹,由于产生的放射污染严重,又称“肮脏”弹.理论上这种弹的威力不存在上限,前苏联曾设计了威力上亿吨TNT当量的氢弹.,中 子 弹,中子弹又称增强型辐射弹,属第三代核武器.主要靠聚变反应产生的高能中子辐射进行杀伤.一般爆炸威力不大仅1000吨TNT当量,对建筑物的破坏小,剩余辐射也少,但对人员的杀伤力是原子弹的几倍. 中子弹的设计要求 尽可能减少引爆原子弹的裂变材料数量;尽量使氘氚聚变反应进行得更充分,增加高

6、能中子数;外壳用中子易穿透的高强度材料. 因此中子弹实际上是靠微型原子弹引爆的、没有铀-238外壳的小型氢弹.,中子弹中使用了铍,既生成高能中子又产生氚.1kg 氘氚完全反应产生的中子数是裂变反应的30倍.,国际核不扩散条约,“核不扩散条约” 1968年6月12日联合国大会审查批准，有效期25年。1995年5月11日又以协商一致的方式决定无限期延长该条约。中国于1992年加入该条约。 主要内容为 ：核国家保证不直接或间接地把核武器转让给非核国家 ，不援助非核国家制造核武器；非核国家保证不制造核武器，不直接或间接地接受其他国家的核武器转让，不寻求或接受制造核武器的援助，也不向别国提供这种援助；停止核军备竞赛，推动核裁军；把和平核设施置于国际原子能机构的国际保障之下，并在和平利用核能方面提供技术合作。条约规定核国家是指1967年1月1日前爆炸核装置、掌握核武器的国家，并允许这些国家保留核武器。即美国、前苏联、英国、法国和中国为合法的有核国家。,有核国家第1颗核武的时间,“全面禁止核试验条约” 1996年9月10日联合国大会通过.主要内容:缔约国将做出有步骤、渐进的努力,在全球范围内裁减核武器,以求实现