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核能及相关知识 基本概念 原子? 世界上一切物质都由原子构成。原子由带正电的原子核和围绕它高速旋转的带负电的电子构成。 原子核由质子和中子构成。? 图1 原子模型 链式核裂变反应? 中子撞击原子核引起原子核裂变，裂变的过程释放出能量，同时又产生了新的中子。新产生的中子引起新的原子核裂变，裂变反应连续不断地进行下去，同时不断产生能量。这个过程就是链式核裂变反应。? 核 能 众所周知，从人类学会利用火的时候，人类已经开始主动利用能源，自那时起，能源的使用已经变成人类进步不可或缺的基本要素和人类文明程度的一种标志。 　　在核能被发现和得到利用前，人类所利用的主要能源方式是化学能和水能等。十九世纪末到二十世纪初，物理学又得到了一次极大的发展，人类对物质结构的认识开始深入到原子甚至更微观的粒子水平，这客观上为人类利用核能奠定了基础。 　　1939年，德国科学家奥托·哈恩发现了元素铀的同位素235U原子核在中子的轰击下可以发生核裂变并同时放出能量（见图），很多重核同位素，如233U,239Pu等，都能产生核裂变反应。而核裂变反应放出的能量比化学反应大的多，这预示了核能利用的前景。 　　 　　235U裂变反应示意图 　　如图所示， 235U原子核在裂变后生成裂变碎片并同时放出2～3个中子，如果新产生的中子能够轰击其它的235U原子核并导致新的核裂变，裂变反应就可以不断持续下去，我们将这个过程形象地称作“链式反应”见图。在不断的链式反应下，核能被源源不断地释放出来。 　　 　　图? 链式反应示意图 　　除了235U等裂变可以放出核能外，氢的同位素，如氚（3H）的原子核在一定条件下也可以聚合成氦（He）原子核，同时放出能量，这也是核能的一种形式。我们通常将核裂变反应放出的核能称为“裂变能”，而核聚变反应放出的核能称为“聚变能”。 　　据科学家估计，以目前的能源利用规模，仅海洋中存在的聚变核素就可以供应人类上万年使用，这将彻底解决人类的能源问题。但目前人类离实现可控的核聚变，特别达到商用水平，还有较大的距离，因而现在核能和平利用的方式主要是对裂变能的利用。 　　核能首先被应用到了军事领域，如原子弹和核潜艇等。不幸的是，1945年美国投放到日本广岛和长崎市的原子弹造成了巨大的人员伤亡和物质毁坏，这是导致许多人畏核与反核的重要原因之一核能发电核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。 核能发电 nuclear electric power generation)  利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。 简史 核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16％。世界上第一座核电站—苏联奥布宁斯克核电站. 中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站正加紧施工。 核能发电原理 核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。 要用反应堆产生核能,需要解决以下4个问题：为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全