化学与社会生活能源.ppt

核反应中的能量变化比化学反应大几百万倍。１公斤标准煤燃烧释放能量29260焦尔１公斤石油燃烧释放能量418000焦尔１公斤铀—235裂变释放能量685.5亿焦尔１公斤氘氚混和物聚变释放能量3385.8亿焦尔我们生活的地球上，核能资源非常丰富，可作裂变燃料的铀和可转化为核燃料的钍储量很大，相当于化石燃料总能量的10万倍以上。按照现在全世界能量消耗水平计算，可用上万年以上。轻核聚变产生的能量更为惊人，在海水中的氘达1亿吨，可供人类使用1000亿年。你知道吗？第117页,共131页，2024年2月25日，星期天可用作能源的核反应，目前主要有重元素原子核（铀—235、铀—233、钚—239、钍）的裂变反应和轻元素（氘、氚）原子核的聚变反应两大类。要大规模和平利用裂变能必须满足两个条件：第一：重核裂变要形成链式反应；第二，链式反应必须是可控的。实现可控式反应的装置称为反应堆，目前大多数核电站用的都是热中子反应堆。快中子不容易引起裂变，需要采用慢化剂。常用的慢化剂有普通水、重水和石墨，相应的反应堆称为水堆、重水堆和石墨堆。石墨堆和重水堆可用天然铀作燃料，普通水堆由于吸收中子过多，不能用天然铀，而必须用浓缩铀作燃料。第118页,共131页，2024年2月25日，星期天核能不仅是一种高效经济的能源，而且也是一种清洁、安全的能源。核电站在任何情况下都不具备核爆炸的条件。核燃料虽然被称为“燃料”，却并不能燃烧。它既不消耗氧气，又不产生二氧化碳；既没有灰和烟，也没有大量的苯等致癌物质。从生产单位能量所产生的危害程度来看，核电小于煤、石油、甲醇、风力和水电站等，仅略高于天然气电站。当然核电站也有不安全因素存在，就是反应堆内存在大量的放射性物质。不过现代核电站的设计采用多重保护、多道屏障、纵深设防的原则，可以确实防止放射性事故的发生。第119页,共131页，2024年2月25日，星期天1954年，世界上第一座核电站在原苏联建成，从而开创了人类和平利用核能的新纪元。据统计，美国的核电站最多。目前，核电已占世界发电量的17％。我国核电事业虽然起步比较晚，但目前发展核电已成为能源工业一项基本方针。清华大学低温核供热堆的建成并投入运行，使我国在这一领域的技术处于世界领先水平。可以预料，随着现代化建设的发展需要，我国的核电事业必将有更快更大的发展。第120页,共131页，2024年2月25日，星期天秦山核电站田湾核电站广东大亚湾核电站目前中国有七个在建核电站项目：田湾、岭澳二期、秦山二期、浙江三门、广东阳江、辽宁红沿河、山东海阳。第121页,共131页，2024年2月25日，星期天拓展视野快中子增殖反应堆—快堆核燃料94239Pu1个快中子238U吸收2.45快中子核燃料94239Pu第122页,共131页，2024年2月25日，星期天1954年3月1日，美国模拟太阳热核聚变的原理，在太平洋上的马绍尔群岛成功地爆炸了第一颗氢弹，揭开了人类研究热核反应的新篇章。再造“太阳”-受控热核反应1938年，美国的物理学家贝茨最先发现了“天火”——太阳的奥秘，即热核聚变。第123页,共131页，2024年2月25日，星期天热核反应的种类很多，从应用观点来看，主要有以下四种：D2+D2→He3+N+327MeV（兆电子伏特）.D2+D2→T2+p+404MeV.D2+T2→H4e+n+1758MeV.D2+H3e→H4e+p+1834MeV.最有实用价值的是第三种反应，它释放的能量较大，原料易得，且反应的几率较大。实现热核聚变反应条件有三个：一是温度，需达到1亿摄氏度；二是参加反应的氘和氚必须是等离子体，且密度要达2×1020／cm３；三是维持高温的时间在1.5秒以上。这样，氘和氚才能自动进行核聚变。要实现热核聚变反应的条件，还必须付出极大的努力和花费足够的时间。专家们估计，如果进展顺利的话，受控热核反应可望在2030年开始“点火”。第124页,共131页，2024年2月25日，星期天受控热核反应是当代自然科学研究的重大尖端课题，许多国家投入大量人力和物力。现有20多个国家建立了200多个各种类型的实验装置。目前世界上最大的也是最先进的受控热核反应装置，是坐落在英国卡勒姆的托卡马克装置，供西欧12个国家共同研究使用。用热核反应作能源优点很多。最突出的优点是原料丰富，海水中约含氘1017千克，可供人类使用1011年，即几百亿年；单位质量释放的能量大，也就是说，同样质量的热核材料所放出的能量要比核裂变反应大3至4倍，比煤或石油