2007-1213-核能及其应用--清华大学马栩泉 (nxpowerlite).ppt

核能及其应用 马栩泉 清华大学核能与新能源技术研究院 2007年12月 核能及其应用 一、为什么要开发核能 二、什么是核能 核裂变能 核聚变能 三、核能发现与发展的历史 四、核裂变与核燃料 五、核燃料循环 铀矿石的加工和铀的精制与转化 铀-235的富集 燃料元件的制造 核燃料后处理 核能及其应用 六、核能的应用 军用——原子弹、核潜艇、核动力航空母舰 和平利应用 核反应堆（船用反应堆、核电站、核供热堆、研究堆） 与反应堆有关的核技术应用 七、核安全 八、核能的未来发展 九、核聚变 世界能源结构(2002年) 已探明世界能源储量(2002年底) 煤 98421亿吨 石油 1661亿吨 天然气 156万亿立方米 铀 300万吨 钍 900万吨 氘 45万亿吨 化石能源行将用尽（以1998年开采量计） 煤 可开采210年 石油 可开采50年 天然气 可开采70年 化石能源严重污染环境 到2100年 平均气温升高1.5—6℃ 到2100年海平面上升9—88cm 2002年1月联合国秘书长安南发表《21世纪议程》指出： 目前有11000个物种受到灭绝威胁，其中800个已消失 全球20亿公顷土地土壤退化 每年1400万公顷森林破坏 2003年7月英国著名气象学家约翰·霍顿警告： 人类活动引起的全球变暖在一定程度上就是一种大规模杀伤性武器，至少与核武器、生化武器相当。 2004年2月美国国防部向布什总统递交的绝密报告： 今后20年全球气候变化对人类构成的威胁要胜过恐怖主义。气候变暖将摧毁我们。 燃料链温室气体排放系数 煤电燃料链 1302.3克等效CO2/千瓦时 水电燃料链 107.6克等效CO2/千瓦时 核电燃料链 13.7克等效CO2/千瓦时 为什么要开发核能 核能 通过原子核反应释放出的能量 核裂变能 通过重原子核裂变释放出的能量 核聚变能 由两个轻原子核结合在一起生成一个较重原子核释放出的能量 为什么要开发核能 核能的发现 公元前五世纪 古希腊思想家德谟克利特提出朴素“原子论” 十九世纪末 英国物理学家汤姆逊发现电子 1895年 德国物理学家伦琴发现X射线 1896年 法国物理学家贝克勒耳发现放射性 1898年 居里夫人发现放射性元素钋 1902年 居里夫人发现放射性元素镭 二十世纪初 科学家卢瑟福提出“小太阳系原子模型” 1905年 爱因斯坦提出质能转换公式E＝mC2 1914年 卢瑟福发现质子 1932年 英国物理学家查德威克发现中子 1938年 德国科学家奥托·哈恩发现核裂变 核能的发现 核能的发现 核裂变： ν ＝2.43 E＝200MeV 例： 1kg铀–235相当于2500吨标准煤 核燃料： 裂变材料：铀–233、铀–235、钚–239 转换材料：钍–232、铀–238 1.铀矿石的加工和铀的精制与转化 (1) 铀矿石加工 ─ 制成铀化学浓缩物(重铀酸铵等) (2) 铀化学浓缩物精制 ─ 制成核纯二氧化铀 (3) 二氧化铀转化 ─ 制成四氟化铀，六氟化铀 2.铀–235的富集(同位素分离) ─ 生产富集铀 (1) 气体扩散法 (2) 气体离心法 (3) 激光分离法 (4) 气体动力学方法 3. 燃料元件的制造 4. 核燃料后处理 乏燃料成份： ? 铀–235，铀–238 ? 钚–239 ? 裂变产物（F. P.，包括从Zn到Gd共三十多种元素） ? 锕系元素（Am，Cm等）  (1) 冷却 (2) 首端处理 (3) 化学分离 湿法──沉淀法，溶剂萃取法（Purex流程） 干法──高温冶金流程，高温化学流程等 原子弹的基本部分 1． 核材料（核燃料） 2． 中子源（钋-铍，镭-铍） 3． 引爆装置（高能炸药，雷管） 4． 中子反射层（金属铀-238） 5． 外壳体（护持器） 对原子弹的基本要求 1. 能产生迅速的链式裂变反应 使用前—避免临界，核材料处于次临界状态 使用时—确保核材料超临界 铀原子弹—铀-235＞90