核能的应用及前景展望.doc

核能的应用与发展前景展望 许楠楠 (兰州大学核科学与技术学院 兰州 730000) 摘要：从18世纪60年代较其发电方法稳定 核能给人类的第一张名片Boy和Fat 两颗原子弹爆炸时令人毛骨悚然的美丽 城市被核子武器攻击后的惨状 人类对核能的恐惧除了以上原因外，还有对各种射线辐射的忧虑。因为射线无色无味，看不见摸不着，我们人类可能天生对某些不能感知的事物心存畏惧，但辐射并不是因为人类发明了原子弹而产生的，在辐射防护中，希沃特是辐射剂量的一种单位，记作Sv。 我们常见的有α射线、β射线和γ射线三种。α射线是氦原子核流，β射线是电子流，γ射线是波长短于0.2埃的电磁波，其中α射线的电离能力最强，β射线次之，电离能力最差的是γ射线，三种射线的穿透能力和上边的顺序相反（见下图）。 在现实生活中，辐射离我们并不遥远，我们无时无刻不在接受着放射性照射，为什么这样说呢？因为阳光就是太阳上氢原子核发生核聚变反应所放出的一种能量形式。还有我们平时进行体检时所进行的某些检测，如拍X光，做脑CT检查等。 1895年伦琴在维尔茨堡大学发现了X射线，右图是人类历史上第一张X光照片。 我们日常生活中接受的照射剂量如下表： 我国某些高本底地区 水、粮食、蔬菜、空气 土壤 北京—欧洲往返一次 肺部透视一次 核电站周围 3.7毫希/年 0.25毫希/年 0.15毫希/年 0.04毫希 0.02毫希 0.01毫希/年 通过以上数据，我们可以清晰的看到，在人类利用核能造福人类的同时，只要通过恰当的辐射防护，完全可以抵消其对我们生活所产生的“影响”。 3．核能的原理 我们身边的一切物质都是由原子构成的，核能就是由小小的原子核发生某种变化而释放出来的。较轻的原子核融合成一个新核或重核分裂成其它新核都将释放出能量，我们分别称之为核聚变和核裂变，目前人类能加以控制的是核裂变，我们的核电站都是利用核裂变进行发电的。核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍）。 裂变释放的能量『2』 能量形式 能量，MeV 裂变碎片的动能 168 裂变中子的动能 5 瞬发γ能量 7 裂变产物γ衰变—缓发γ能量 7 裂变产物β衰变—缓发β能量 8 中微子能量 12 总共 207 ，使其分裂成两个较轻的核，并发射出两到三个中子和射线放出能量，新产生的中子继续轰击其它核，并继续产生中子放出能量，这样使裂变反应自持进行，如果不人为的干涉反应进行，就是我们所说的原子弹，人为的控制反应速度，在裂变反应爆发的临界点通过中子吸收材料对中子的吸收使核反应很快停止下来，达到控制反应进行的目的，这就相应于核反应堆。 4．核能发电的原理 目前商用化的核电站都是通过核裂变工作的，既然是通过裂变工作，首先需要解决的就是“燃料” 问题，现在的核电站都是通过什么发电呢？我们前面以为例介绍过核能的原理，那核电站的燃料就是吗？ 随着电力需求量的迅速增长和由此引起的能源不足，核能已经成了一种重要的替代能源，目前可以作为反应堆核燃料的易裂变同位素有，和三种。其中只有是在自然界中天然存在的，但天然铀中只含0.71%的。因此单纯以作为燃料很快就会使天然铀资源耗尽。 两种铀矿石（放大10000倍） 幸运的是，我们可以把天然铀中99%以上的或转换成人工易裂变同位素或，这一过程称为转换或增殖，反应过程如下： 当然这是一个复杂的过程，需要经过化学，物理、机械加工等复杂而又严格的过程，制成形状和品质各异的元件，才能供各种反应堆作为燃料来使用，我国进行核燃料加工和乏燃料处理的主要是中核404厂，四川广元的821厂也从事相关工作，它们是我国核工业的幕后英雄，作者在此向幕后英雄表示敬意。 如果把核燃料比作石油，核反应堆就相当于发动机的气缸，反应堆是把核能转化为热能的装置。核燃料裂变产生大量热能，用循环水(或其他物质)导出热量使水变成水蒸汽，推动气轮机发电，这就是核能发电的原理。当然，实际发电过程是十分复杂的。 核电站的心脏—反应堆 发动机光有气缸是不能正常工作的，必须有装置将能量输出。这点同反应堆一样，反应堆把核能转化为热能，热能并不能直接用来发电，因此我们需要另一个关键设备——蒸汽发生器。蒸汽发生器为反应堆冷却剂系统和二回路系统间的传热设备，它将反应堆冷却剂的热量传给两侧的水，此两侧的水蒸发后形成汽水混合物，经汽水分离干燥后的饱和蒸汽作为驱动汽轮机的工质。 反应堆的能量输出装置—蒸汽发生器 反应堆冷却剂泵（主泵）是用来输送反应堆冷却剂，功能类似于发动机水泵，使冷却剂在反应堆、主管道和蒸发生器所组成的密闭环路中循环，以便将反应堆产生的热量传递给二回路介质。 全球首台三代核电A