核能-核电技术.ppt

第一节 一、核能概述 1.核电是安全洁净有竞争力的能源 一座100万千瓦的煤电站每年至少排出24000吨CO2，360吨SO2,67吨NO2和3吨其他气体。 核电站就没有这些问题。根据相对危害指数的分析计算，煤电站气体排放物对人们健康的危害比核电站大1880倍，燃油电站气体排放物对健康的危害比核电站大830倍。 核电站向外界产生微量辐射，但是这种微量辐射对人们并不构成任何危险。 我们人类从古到今一直生活在一个放射性的世界中，我们周围的自然环境充满着辐射。这种辐射来自土壤、水和空气中的天然放射性（如自然界的元素铀、钾－40和氘等）以及宇宙线辐射。烟草中含有微量放射性元素钋－210，这可能是导致肺癌的一个因素。煤电站由于煤含有天然放射性材料也放出辐射线。地热电站的蒸汽中有时含有放射性气体氡。 1973年开始，主要工业国的核电成本与火电相当。以后随着石油调价和核电技术的逐步成熟，核电成本已经低于油电站、煤电站和油煤电站的成本。 据统计，美、法、英、德国和加拿大等国的核电成本平均比火电低1／3左右。1976年，美国由于采用核电节省了14亿美元，相当于节省 9000万吨煤或 32500万桶石油。 二、原子与原子核 地球上存在的元素中，第92号元素铀是唯一容易裂变的元素 天然铀有三种同位素：铀—238，占99.27%；铀—235，占0.724%；铀—234，占0.006%。 0.724%为铀—235的天然丰度。任意找来十万个铀原子，其中的铀235原子是七百多个。 三、核能的来源 当中子和质子形成原子核时会放出能量，这样的能量称为该原子核的结合能。 结合能的大小可以通过下列爱因斯坦的质能关系式求得 ΔE=Δmc2 (1-1) 式中 ΔE--结合能(焦)，Δm--质量亏损①(公斤)，c--光速(米/秒)。 不同原子核俘获中子后得到的结合能不同。 核裂变 自然界存在的天然铀由三种同位素238U、235U和234U组成，其中仅235U在热中子作用下会发生裂变，也可用人工方法(通过反应堆运行)制取233U、239Pu等易裂变核素 。目前世界上己建成的核反应堆绝大部分是以235U作为燃料。235U核裂变反应的一般式为 ： 核聚变 两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，同时放出巨大的能量，这种反应叫轻核聚变反应。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般条件下，发生聚变反应的概率很小。 在太阳等恒星内部，因压力、温度极高，轻核才有足够的动能去克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，故称为“热核聚变反应”。它是太阳和其他恒星能量的来源。 氢弹是利用氢的同位素氘、氚原子核的聚变反应，瞬时间释放出巨额能量以达到毁伤效果的核武器（也称聚变弹或热核弹）。氢弹爆炸后，它释放能量的过程是不可控制的。为了利用聚变能，人们还在进行“受控热核聚变”的试验研究 聚变能一旦成为民用能源，就能彻底解决人类的能源问题。例如，轻核聚变用的核燃料是氘和锂-6。以氘来说，在海水中，大约每6500个水形式存在的氢原子中就有一个氘原子。即每立方米海水中含有约3克氘。按每个氘原子反应时平均释放7兆电子伏计算，则1米3海水中的所有氘聚变后获得的能量为12×1012焦耳，约相当2×103桶原油（一桶原油的能量约为6×109焦耳）。 地球上海洋的体积约为1.5×109公里3，这样通过开发氘核聚变可以获得比世界储油量多10亿倍的能量，可供人类500亿年之用。而锂-6资源的储量更为丰富。 对于受控聚变反应来说，核子的平均能量应超过5千电子伏，这种集合体的有效温度约4×107K。这时气体原子分解为正电荷核和自由电子。它们的物性完全受静电和电磁现象控制，这种电子和离子的集合体称为等离子体，或“物质的第四态”。这种用加热办法来实现的核聚变称为热核聚变。 四、链式反应和反应堆分类 1.链式反应 K有效= （系统内中子的产生率）/ （系统内中子的吸收率+系统内中子的泄漏率） 若K有效=1，则堆内中子数达到平衡。这种情况称反应堆处于临界状态，稳定运行工况相当于这种状态。 若K有效1，则堆内中子数将随时间增加而不断减少。这种情况称反应堆处于次临界状态。降功率或停堆过程就相当于这种状态。 若K有效1，则堆内中子数将随时间增加而不断增加。这种情况称反应堆处于超临界状态。开堆或提升功率过程就相当于这种状态。 因此，对于一定的几何布置和材料成分组成的反应堆达到临界状态、维持自持链式反应的条件称为临界条件，它要求有一定的核燃料量(临界质量)和一定的几何尺寸(临界尺寸)。 2.反应推的分类 按用途来分，反应堆分为生产堆、动力堆和研究堆。 生产堆是生产核武器装备用的反应堆。由于它为军用服务，所以又叫军用生产堆。 动