能源革命(第一部分)讲解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * 核裂变能 四、能源生产 开发核能的途径有两条：一是重元素的裂变，如铀的裂变；二是轻元素的聚变，如氘、氚等。重元素的裂变技术己得到应用，目前核电站都是裂变技术，全球核电占总发电量比重为16%（美国、法国、俄罗斯前三） ；而轻元素聚变技术，能源利用正在研究中。（氢弹是以原子弹爆炸产生的瞬间高温点火，不受控） 热中子轰击铀235原子核后使其分裂成两个较小的原子核，同时产生2到4个中子，释放出约200兆电子伏特的能量，中子再去撞击原子核，从而形成链式反应。 铀元素的核裂变 核裂变发电存在许多不足：原料铀的储量不多，存在泄漏风险，产生大量废弃物，放射性与危险性大，因此备受争议，不少国家现在已经着手限制和缩减核电站。 核聚变能 四、能源生产 目前我们所说的核聚变一般指热核聚变，这也是恒星如太阳形成及运行的机制，氢分子云由于引力作用不断坍缩，内部压力不断增强，核心温度不断加大，最终达到引发核聚变（氢聚变为氦）的临界值，瞬间发光发亮，太阳形成，并且聚变持续进行。 质量轻的原子（主要指氢的同位素氘和氚，静电斥力最小）在超高温条件下，电子脱离原子核，裸露的原子核自由运动，直接接触互相聚合，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大能量。 氘氚元素的核聚变 对比核裂变有许多优势：轻元素氘、氚在海洋中都有巨大的储藏量，过程安全可靠，产物放射性污染环境问题很少，目前在世界各国的科技研究中都是热点。 核聚变能 四、能源生产 原子核都带有正电，因而会互相排斥（同性相斥），要让两个原子核聚合，需要上亿高温，在这种高温情况下，物质成为等离子体，电子都剥离出来，原子核可以自由移动，而且原子核之间的距离必须在1x10-15米以内才会聚合，因此还需要高压，才能引起热核聚变反应。由此引出可控热核聚变的技术难点： 如何将氘氚元素加热到这么高的温度，使它成为等离子体？ 如何将原子核挤压在一起，使它们足够接近能够聚合？ 上亿度这么早的温度没有一种固体物质能够承受，拿什么来装它？ 1 2 3 注：太阳利用本身的质量和重力自然生成高温高压，生成并使得热核聚变反应能够持续进行， 目前世界主要有两种方法：惯性约束法和磁场约束法。 惯性约束法 四、能源生产 惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内，从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度的急剧升高，达到临界点产生核聚变。 这属于微型核聚变，反应寿命很短，大约只有百万分之一秒，在确保爆炸威力不会对仪器产生太大影响的前提下，释放出内核燃料的能量，因此需要相继点燃多个目标，才能产生持续的能量。 惯性约束法 四、能源生产 2013年，美国劳伦斯·利弗莫尔实验室（LLNL）的国家点火设施（NIF）将192条激光束聚焦于一点，且聚变产生的能量首次超过了燃料吸收的能量。 我国的神光3号项目目前则正在试验将32个激光器聚焦，下一步目标是48个。 磁场约束法 四、能源生产 磁场约束核聚变是利用超导托卡马克装置，加速器释放出欧姆微波、粒子束及射频波加热气流。在高温下，气态变为等离子体。等离子体又受到超导磁体的挤压，进而发生聚变。 磁场约束是通过“磁容器”将高温等离子体约束在一个密闭的环中使其高速旋转，不与固体容器直接接触，从而实现了变相的盛放。 四、能源生产 磁场约束法应该是当前开发核聚变能源中最有希望的途径。国际上有热核聚变实验堆计划（ ITER ），合作承担的七个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，地点位于法国，预计将耗资160亿欧元。 磁场约束法 2006年，我国自主研发了EAST先进实验超导托卡马克装置。 四、能源生产 没有大气层和空气污染的影响，太空中的阳光强度要比地面大5-10倍； 绕太阳飞行24小时面对太阳，不受纬度、季度、气候和昼夜影响； 面板没有大气中水和氧气的氧化 以及电解质的腐蚀，寿命延长； 人类的未来能源 长远来看，个人觉得太空太阳能和冷核聚变是人类的未来能源。 太空太阳能电站部署卫星轨道上，采集太阳能再转变为微波，在空中形成一道无形的微波柱，向地球表面进行无线传输。地面的网格形天线同步进行接受，转换后即可送往传统的输电网。 优势 四、能源生产 太空太阳能 当前运载火箭运输能力能否将万吨以上电站放上太空？太空电梯？ 微波传输能量的距离能否保证，传