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1、核 能,组员：李胜强 郭鑫磊 胡鹏 李理想 熊广金 丁朝阳 白存俭 崔荣耀 徐琦,第一组主讲人：李胜强,可持续发展能源之,什么是核能？,中文名称：核能 英文名称：nuclear energy 其他名称：原子能 定义1：由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。 所属学科：电力（一级学科）；核电（二级学科） 定义2：核反应或核跃迁时释放的能量。例如重核裂变、轻核聚变时释放的巨大能量。 所属学科：资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）,发展简史,核能(nuclear energy)是人类历史上的一项伟大发现，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。1895年德国物理学家
2、伦琴发现了X射线。1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。1898年居里夫人与居里先生发现新的放射性元素钋。1902年 居里夫人经过三年又九个月的艰苦努力又发现了放射性元素镭。1905年爱因斯坦提出质能转换公式，为解释核裂变、热核聚变等现象提供了理论依据。1914年 英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。1935年 英国物理学家查得威克发现了中子。1938年 德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。,核能的定义,原子内的核子间存在核力，它是一种短距力，只有在很小的距离内才发生作用
3、。,原子核的另一个特性是单个核子的质量要比结合成核的核子质量数的大，即由于核子间强大的核力作用，使核子间排列得很紧密，结果发生了“质量亏损”的现象。根据爱因斯坦的质能关系，任何物体的质量与能量之间的关系为,核能的定义,人们运用这一关系解释原子核的质量亏损现象，就发现了原子核内蕴藏着巨大的能量，也看到利用核能的可能性和重要性。由于核力比原子核与外围电子相互作用力大得多，核反应中释放的能量要比等质量物质释放的化学能大几百万倍。后来人们把这种由核子结合成原子核时所释放出的能量叫做原子核的总结合能。,核能的定义,总结合能随原子核中的核子数不同而不同，各种原子核结合的紧密程度也是不一样的。由此产生两种利
4、用核能的途径核聚变和核裂变。,核聚变,核聚变又称热核反应。它是将结合能较小的轻核（如氘和氚的原子核）在一定条件下，将它们聚合成一个较重的、平均结合能较大的原子核（氦核）。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此一般条件下，发生核聚变的几率很小，只有在几千万摄氏度的温度下，轻核才有足够的动能去克服排斥力而发生持续的核聚变，目前只有在氢弹爆炸和由加速器产生的高能粒子的碰撞中才能实现。,氘氚原子核的聚变反应,核裂变,核裂变又称为核分裂，它是将平均结合能比较小的重核，分裂成两个或多个平均结合能大的中等质量的原子核，同时释放出核能。重核裂变一般有自发裂变和感生裂变。前者是重核不稳
5、定性的一种表现，其裂变半衰期较长；后者是指重核受到中子轰击时裂变成两块质量略有不同的较轻的核，同时还可能放出中子。,核裂变过程示意图,核能的应用,核能的军事应用 核能问世伊始，首先是应用于军事方面，用来制造原子弹这种破坏力极大的武器，其后又发展成氢弹、中子弹等大规模杀伤性武器。核能的军事应用除了生产制造这些核武器以外，还包括通过铀同位素分离厂生产核武器的核材料高富集铀-235、用核反应堆生产核武器的核材料钚-239，以及用核能作为动力，去推动舰艇，制造航空母舰、核巡洋舰及核潜艇等。核能的和平应用 核能的和平应用，主要就是利用核反应堆产生的核能和中子，它涉及人们生产和生活的方方面面。主要包括：产
6、生动力（发电、供热和推动舰艇）、生产新的核燃料、生产放射性同位素、进行中子活化分析、进行中子照相、进行中子嬗变掺杂生产高质量的单晶硅、利用中子进行基础研究及应用研究以及利用射线进行辐照化学研究与辐射加工等。,核武器带给人类的是沉重的阴影，以至于很多人谈核色变，有良知的科学家都在极力反对核武器的发展和扩散。但是核能发电给人类带来的却是绿色和光明。 从20世纪50年代开始，核能从军用向民用发展。世界核电发电总量在2004年已超过全世界发电总量的16，美、英、法、德、日等发达国家核电的比例都以超过20，其中法国已达78。 核电厂的种类也从原始的石墨冷水反应堆发展到以普通水、重水、沸水、加压沸水为慢化
7、剂的轻水堆、重水堆、沸水堆和先进沸水堆等。,核能发电特点：（1）高效 1克铀-235原子核裂变时，所释放的能量相当于2.5吨标准煤完全燃烧释放的热量，或相当于1吨石油完全燃烧所释放的热量。,核电厂和火电厂比较：一座20万千瓦,（2）清洁,(3)经济 从美国、欧洲不同类发电厂每度电的成本来看，核电与煤发电相当，比水电、燃油发电低。这表明核电的经济性是好的，是具有竞争力的。,（4）安全,在核电站10,000堆历史上只发生过一次波及厂外的核泄漏事故，即1986年前苏联乌克兰切尔诺贝利核电站事故。 切尔诺贝利核电站事故不是必然的、是完全可以避免的，证明核电是安全的能源。表2所列数据表明，核电比天然气发
8、电、煤发电、水电更安全。,（5）核资源储量丰富，取之不尽，用之不竭。 海水中的铀资源极为丰富，1000吨海水中大约含铀3克，世界各大洋中铀总含量可达到40多亿吨，可供人类使用几千万年。,（1）.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过 的核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。（2）.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重。 （3）.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 （4）.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。,核能发电缺点,核电站,能源中的后
9、起之秀,世界核电站排名,数量排名 国家或地区 核反应堆机组数量 占总发电量份额(%) 1 美国 104 19.8 2 法国 59 75.0 3 日本 53 34.7 4 英国 35 28.9 5 俄罗斯 29 14.4 6 德国 19 31.2 7 韩国 16 42.8 8 加拿大 14 12.4 9 乌克兰 14 43.8 10 中国 12 2.0 11 印度 11 2.7 12 瑞典 11 46.8 13 西班牙 9 31.0 14 比利时 7 57.7,核电站,核电站是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。
10、目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。,压水堆：采用低浓（铀-235浓度约为3）的二氧化铀作燃料，高压水作慢化剂和冷却剂。是 目前世界上最为成熟的堆型。,压水堆核电站,压水堆（PWR）的结构,沸水堆：采用低浓（铀-235浓度约为3）的二氧化铀作燃料，沸腾水作慢化剂和冷却剂。,沸水堆核电站,沸水堆（BWR）的结构,重水堆：重水作慢化剂，重水（或沸腾轻水）作冷却剂，可用天然铀作燃料，目前达到商用水平的只有加拿大开发的坎杜堆，我国正建一座重
11、水堆核电站。,重水堆核电站,世界核电发展,1954年苏联建成世界上第一座电功5000KWe实验性核电厂,1957年美国建成电功率9万KWe的希平港原型核电站以来，世界核电已取得了长足发展。据统计，2006年全世界正在运行的核电机组有441个（其中轻水堆核电机组约占80%，重水堆核电机组约占8%，轻水堆核电机组中压水堆机组占了76%，沸水堆机组约占34），分布在31个国家或地区，年发电量占世界总发电量的16%。另外，正在建造的核电机组有25台。,世界核电发展现状,目前，世界核电主要分布在北美（美国、加拿大）、欧洲（法国、英国、俄罗斯、德国）和东亚（日本、韩国），这8个国家的核电机组数量占全世界总
12、和的74%，其装机容量则占79.5%。核电装机容量排名前三位的美国、法国和日本的核电机组之和占全世界的49.4%，装机容量占56.9%。,美国核电发展,美国核电发展,美国第一座核电厂建成于1975年12月。近50年来美国总共建成商业核电机组132台，除去已经关闭的28台目前仍在运行的有103台，居世界之最。它们分布在美国的31个州（见图4）2006年美国核能发电量约为7804亿千瓦小时，占全国总发电量的19.3%。,法国核电发展,法国核电发展,目前正在运行的核电机组有59个，核电总装机容量6613万千瓦，2006年总核电量为4309亿千瓦小时，占总核电量的78.5%，核电比例位居世界第一。,日
13、本核电发展,日本核电发展,目前日本运行的核电机组有55台，2006年核电总装机容量为4858万千瓦，核能发电量为2807亿千瓦小时，占全国总发电量的29.3%。在核电堆型选择方面，日本的压水堆和沸水堆核电机组并行发展，两者数量相近。,日本柏崎核电厂,日本柏崎核电厂是目前世界上装机总容量最大的核电厂（总装机容量8841兆瓦），其中的两台ABWR机组是目前世界上最先进上午轻水堆核电机组。,未来世界核能走向,核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。与不可再生能源和常规清洁能源不同，聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之
14、一，也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。,我国计划到2020年核电装机容量从现在的8 GW发展到40 GW，核发电将占当时全国总发电量的4-6 % ；到2050年核电装机容量达到240 GW，核发电将占当时全国总发电量的20 % ；俄罗斯计划到2030年在国内新建42-58台核电机组，使核发电占总发电量的比例从现在的16 %提高到25 %，并在国外投标建设40-50台核电机组；美国计划到2050年新建核电机组100座；日本计划到2030年新建10座核电机组，使核电装机容量达到62.86 GW；韩国计划到2015年新建12座核电机组；印度
15、计划到2020年核电装机容量达到29 GW，比现在增加8倍多；到2050年达到275 GW。,我国的核电发展现状及前景,我国的核工业起步于1955年，1964年10月16日成功爆炸了第一颗原子弹，而后相继研制了氢弹和核潜艇。,我国核电发展的历史和现状,1978年之后，我国的核工业的重点转向和平利用。自20世纪70年代开始筹建核电厂，现已建成独立完整的核科技工业体系，成为世界上为数不多的几个拥有完整核科技工业体系的国家之一。,我国核电分布,我国大陆现有三个核电基地，即浙江秦山核电基地，已建成5个核电机组，在建4个机组；广东大亚湾核电基地，已建成4个核电机组，在建2台机组；江苏田湾核电基地，2台核
16、电机组已投入运行；在其它地区正在建设的核电厂有：辽宁红沿河4台机组；福建宁德2台机组，福清2台机组。,中国核电站分布,秦山核电厂,秦山核电厂是我国自行设计建造的第一个实验型反应堆核电厂，1985年开工建设，1991年并网发电。反应堆为双回路轻水压水堆，功率为300MW，主要是为积累核电经验。实现了我国大陆核电事业“零”的突破，是我国核电发展史上的一个重要里程碑。,位于广东省深圳市东部大鹏半岛大亚湾畔，是我国大陆第一座从国外引进的百万千瓦级大型商用核电厂，为轻水压水堆，有两台额定出力为900MW的核电机组。1994年投入商业运行，运行业绩和安全记录良好。,大亚湾核电厂,秦山一期,秦山一期,浙江秦
17、山一期30万千瓦机组是我国自主设计、建造和运营的第一个原型堆核电机组。它的建成结束了我国大陆无核电的历史，使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大和瑞典之后世界上第7个能自行设计、建造核电厂的国家。,秦山一期,中国已建核电站,秦山一期：130万KW,秦山二期核电厂是我国自主设计、建造、自主运营的2650MW商用轻水压水堆核电厂。设备的国产化率达到55%，提升了我国核电设备制造的能力。,秦山二期核电厂,秦山二期：260万KW,秦山三期,秦山三期,秦山三期核电厂是引进加拿大重水堆技术建造的两台728MW级重水堆核电厂。两台机组先后于2002年12月31日和2003年7月24日投入商业运行。目前他们正
18、在安全运行。,秦山三期：272.8万KW,岭澳核电厂,一期装机容量为2984MW,堆型为轻水压水堆型，由广东核电集团公司建设和运营，法国马通公司总包。2003年投入商业运行。,田湾核电厂,位于江苏连云港市田湾，一期工程建设21060MW的俄罗斯AES-91型压水堆型。,我国核电发展前景,经济的快速发展对能源需求的持续增长给能源供给带来很大压力，以煤为主的能源结构不利于环境保护，也不利于抵御市场风险，同时我国能源的相对短缺也制约了能源产业的发展，面对能源需求的增长，核电是目前现实的、可大规模发展的首选替代能源形式。因此，2006年国务院通过了核电中长期发展规划（20052020年），规划中明确，
19、到2020年，我国核电运行装机容量将达到4000万kW，占全国电力装机容量的比重将达到4，同时，在建核电容量达到1800万kW。,我国当前核电产业发展的主导思想是引进先进技术，统一国内核电发展的技术路线。2003年启动了第三代核电自主化依托项目的招标组织工作，确定浙江三门核电站和山东东海阳核电站两个项目共四台机组的建设作为依托工程。2007年5月，中国国家核电技术有限公司正式成立，组织进行关键技术的攻关和研发，走出一条核电自主化发展的道路，开发出我国具有自主知识产权的大型先进压水堆核电品牌。,辐射防护与核安全,由于辐射引起电离和电子激发而破坏各种分子，从而破坏人体细胞造成伤害。辐射会使人体组织
20、细胞的功能、代谢活动和分裂繁殖能力受损。当辐射达到一定剂量时，会引起细胞死亡，或者细胞内分子变化或染色体畸变，从而引起细胞变异。,1957年10月10日：英格兰西北部的温德斯凯尔(现改名塞拉菲尔德)核电站的一座反应堆起火，释放出放射性云雾。数十人因遭受核辐射而罹患癌症死亡。 1979年3月28日：美国宾夕法尼亚州三里岛核电站制冷系统出现故障，致使核反应堆部分熔化，最终造成美国最严重的一次核泄漏事故，至少15万居民被迫撤离。 1986年4月26日：乌克兰切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸，造成30人当场死亡8吨多强辐射物泄漏。此次核泄漏事故使电站周围6万多平方公里土地受到直接污染320多万人受到
21、核辐射侵害，是人类和平利用核能史上最大一次灾难。 1987年9月13日：巴西的大城市戈亚尼亚，一家私人放射治疗研究所乔迁，将铯-137远距治疗装置留在原地。两个清洁工进入该建筑，将源组件从机器的辐射头上拆下来带回家拆卸，造成源盒破裂，产生污染。14人受到过度照射，4人4周内死亡。约112000人接受监测，249人受到污染。数百间房屋受到监测，85间被污染。,盘点历史上的核泄漏事件,1968年1月21日 :格陵兰图勒核弹泄漏导致大范围的放射性污染。 1993年4月6日：俄罗斯托姆斯克化工厂的一个装满放射性溶液的容器发生爆炸，释放出大量的放射性气体，泄漏的放射性物质污染面积达1000公顷，并引起大
22、火附近的几个村庄被迫整体迁移。 1999年9月30日：日本东海村JCO公司的一座铀转换厂工人违反操作程序，把富集度18.8%的铀溶液（相当于含16公斤铀）直接倒入沉淀槽中。沉淀槽容纳的最大操作量限定为2.4公斤，其临界质量为5.5公斤。事故发生后1小时，周围剂量率为正常值的4倍，为此撤离厂区周围350米范围内的居民，厂房周围10公里范围内的居民不得出门，学校和医院关闭，农作物和蔬菜停止收割。2011年3月日，福岛第一核电站号机组发生爆炸，周边居民紧急疏散。日，福岛第一核电站号机组发生爆炸。日，号、号机组发生爆炸，当局宣布核泄漏风险上升，核电站周边居民紧急撤离。依据“国际核事件分级表”，原子能安
23、全保安院18日把第一核电站核事件从4级提升至5级。,苏联切尔诺贝利核泄漏,日本核泄漏,辐射的防护外照射防护外照射分为两类：一是低剂量率、小剂量水平下的持续照射；二是中高剂量率、大剂量水平下的短时间照射。对于该种照射的防护可采用距离防护、时间防护和屏蔽防护三种方法。内照射防护放射性物质进入人体内部会引起内照射，进入人 体的放射性元素会在体内转移、沉积和排出。其防护方法主要是湿式操作和进行封闭。,核安全我们应该认识到这样的事实：核反应堆不是原子弹，它不会爆炸；由于核能与放射性密不可分，因此它一出现时，工程师和科学家们就制定了一系列的规范和措施来保证它的安全性，因此核能是非常安全的能源；核能发生事故的可能性比其他能源、其他领域发生事故的可能性小得多。,总结,核能发电风险与机遇并存，任何事情都有利有弊，人类探索自身能源发展的道路是曲折的，我相信在未来核能一定会是人类我们高效安全的能源。,
