2022年核能利用和发展论文 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 核能利用与进展趋势学校：东北农业高校学院：工程学院班级：机化 1302 学号：姓名：核能利用与进展趋势Unclear energy utilization and development trend 摘要 核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应才能强、能大规模应用的发电方 式,目前,我国核电已由起步进入进展阶段,具有自主设计建造第一代核电的 才能,我国已做出积极推动核电进展的重大打算,加快我国核电建设,提高核 电在电力供应中的比重,这将有助于缓解电力增民与交通运输的冲突,核能利 用的进展前景将越来越宽阔；名师归纳总结 - - - - - - -第

2、 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 关键词 核能利用前景核能进展 核电1. 核电概述核能的进展和利用是20 世纪科技史上最杰出的成就之一；它通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特 爱因斯坦的方程 E=mc 2,该方程式表 明,质量和能量是等价的,其比例常数为光速的平方；在核能的利用中,核电 厂的进展是相当快速的,己被公认为是一种经济、安全、牢靠、洁净的能源,核动力技术在多数发达国家得到了巨大进展,也在许多进展中国家获得了广泛 的认可；依据能源需求和能源生产结构,我国政府己制定了积极进展核电的方 针,建设了秦山和大亚湾两大核电基地,中国核电建设的安全策略

3、取得了成 功；2. 核能发电核能是原子核结构发生变化是释放出来的能量；目前人类利用核能主要有三种重元素的原子核发生裂变和轻元素的原子核发生聚合反映时释放出来的核能或是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程,它们分别为核裂变能、核聚变能和核衰变；2.1 核裂变能核裂变,又称核分裂,是指由较重的原子,主要是指铀或钚,分裂成较轻的（原子序数较小的）原子的一种核反应形式；原子弹以及裂变核电站的能量来源都是核裂变；早期原子弹应用钚 最常见；-239 为原料制成；而铀 -235 裂变在核电厂重核原子经中子撞击后,分裂成为两个较轻的原子,同时释放出数个中 子；释放出的中子再去撞击其它的重核原子,从而形成

4、链式反应而自发分裂；原子核裂变时除放出中子仍会放出热,核电厂用以发电的能量即来源于此；由于每次核裂变释放出的中子数量大于一个,因此如对链式反应不加以控 制,同时发生的核裂变数目将在极短时间内以几何级数形式增长；如集合在一 起的重核原子足够多,将会瞬时释放大量的能量；原子弹便应用了核裂变的这名师归纳总结 种特性；制成原子弹所使用的重核含量,需要在90%以上；3%到第 2 页,共 8 页核能发电应用中所使用的核燃料,铀-235 的含量通常很低,大约在- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 5%,因此不会产生核爆；但核电厂仍需要对反应炉中的中子数量加以掌握,以 防

5、止功率过高造成炉心熔毁的事故；通常会在反应炉的慢化剂中添加硼,并使 用掌握棒吸取燃料棒中的中子以掌握核裂变速度；从镉以后的全部元素都能分 裂；核裂变时,大部分的分裂中子均是一分裂就立刻释出,称为瞬发中子,少 部分就在之后 一至数十秒 才释出,称为推迟中子；2.1.1 核裂变能原理及过程核能发电的过程：核能水和水蒸气的内能发电机转子的机械能电 能；核裂变撞击时除放出中子仍会放出热,再加快撞击,但假如温度太高,反 应炉会熔掉,而演化成反应炉融毁造成严峻灾难,因此通常会放掌握棒（硼制 成）去吸取中子以降低分裂速度；一个重原子核分裂成为两个（或更多个）中 等质量碎片的现象；按分裂的方式裂变可分为自发裂

6、变和感生裂变；自发裂变 是没有外部作用时的裂变,类似于放射性衰变,是重核不稳固性的一种表现；感生裂变是在外来粒子（最常见的是中子）轰击下产生的裂变；处于激发态的原子核（例如,铀-235 核吸取一个中子之后,就形成激发态的铀 -236 核）发生形变时,一部分激发能转化为形变势能；随着原子核逐步拉长,形变能将经受一个先增大后减小的过程；这是由于有两种因素在起作用：来自核力的表面能是随形变而增大的；来自质子之间静电斥力的库仑能却是随形变的增大而减小的；两种因素综合作用的结果形成一个裂变势垒,原子核只有通过势垒才能发生裂变；势垒的顶点称为鞍点；到达最终断开的剪裂点后,两个初生碎片受到相互的静电斥力作用

7、,向相反方向飞离；静电库仑能转化成两碎片的动能；初生碎片具有很大的形变,它们很快收缩成球形,碎片的形变能就转变成为它们的内部激发能；具有相当高激发能的碎片,以发射如干中子和 射线的方式退激,这就是裂变瞬发中子和瞬发 射线；退激到基态的碎片由于中子数（ N）与质子数（ Z）的比例（ N/Z）偏大,均处于 稳固线的丰中子一侧,因此要经受一系列的 衰变而变成稳固核（见远离 稳固线的核素）；这就是裂变碎片的 衰变链；在 衰变过程中,有些核又可能发出中子,这此中子称为缓发中子；以上就是一个激发核裂变的全过程；2.2 核聚变能名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 -

8、- - - - - - - - 由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素氘和氚）结合成一个较重的原子核,同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应,其释放出的能量称为核聚变能；核聚变反应堆是一种满意核聚变条件从而利用其能量的装置；从目前看实现核聚变有2 种方法,一种是使用托卡马克装置实现,托卡马克是一环形装置,通过约束电磁波驱动,制造氛、氖实现聚变的环境和超高 温,实现对聚变反应的掌握；另一种方式是通过高能激光的方式实现；第一种 方式已于 20 世纪 90 岁月初实现,目前正在进行工程设计；其次种方式已接近 突破的边缘；由于核聚变是在极高的温度下完成的,所以又常称其为热核反 应；2.2.

9、1 核聚变原理及过程物质在低温状态下是固态,随着温度的上升会显现液态、气态,气态的物质被连续加热会显现等离子状态,即在几万8 10 以上时,气体将全部发生电离,变成带正电的离子和带负电的自由电子；这种等离子体被约束在托卡马克 装置的环形室腔体内不与腔壁接触,加热电流连续在这一环形室中流淌,与电8 流方向一样的强大外磁场保证了等离子体的稳固；当等离子体被加热到 10 以14 3 上,满意 n 10 式中 n 为氛氖等离子体密度,cm；为等离子体维护的时 间 , s 时 , 就 会 发 生 轻 原 子 核 转 为 重 原 子 核 的 核 聚 变 反 应2H3 1 H4Hn,1 个氛和 1 个氛聚变

10、为 1 个氦核、放出 1 个中子 能量为 14 12MeV,相伴着这一反应放出17.6 MeV 的巨大能量；现在人类实现可控核聚变所使用的轻核只有氛与氖；在托卡马克装置上,当放出的能量大于输人的能量、并足以加热下一次添加的氖氖并连续聚变反应时,这种条件称为可控核聚变的“ 点火” 条件；实现核聚变的“ 点火” 有三大难题要解决,一是如何把等离子体加热到8 10 以上；二是如何使等离子体不与装它的容器相碰,否就等离子体要降温,容器要烧毁；三是防止杂质混人等离子体,因杂质会增加辐射而使等 离子体冷却；聚变反应堆主要的部件包括高温聚变等离子体堆芯、包层、屏蔽层、磁体 和帮助系统等；名师归纳总结 - -

11、 - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3 核衰变能核衰变是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程；熟悉原子核的重要途径之一； 1896 年法国科学家A.H. 贝可勒尔讨论含铀矿物质的荧光现象时,偶然发觉铀盐能放射出穿透力很强可使照相底片感光的不行见射线,这就 是衰变产生的射线；除了自然存在的放射性核素以外,仍存在大量人工制造的其他放射性核素；放射性的类型除了放射 、 、粒子以外,仍有放射正电子、质子、中子、中微子等粒子以及自发裂变、2.3.1 常见的放射性核衰变类型 缓发粒子等等；科学讨论说明,稳固性核素对核子总数有肯定限度（一般为

12、 A209）,而且中子数和质子数应保持肯定的比例（一般为N/Z=11.5 ,也有个别例外）；任何含有过多核子或N/Z 不适当的核素,都是不稳固的；A209 的核素,即元素周期表中钋（ Po）之后的全部元素的核素都具有放射性（钋之前的元素,有的核素也具有放射性）,它们或是自发地放射出射线（即 He 核）,而转变成 A 较小的新核；或是因核素的N/Z 不适当,其核内的中子与质子会自发地相互转变,从而转变 N/Z 的值,并同时放出一个 - （或 +）粒子；核素衰变后产生的新核几乎都是处在激发态,这样的核或是自发地放射出 光子而转变到基态或较低能态,或是连续进行 衰变（或 衰变）,直到变成一个稳固的核

13、素为止；放射性核衰变的类型有衰变、 衰变和 衰变三种,分别放出射线、 射线和 射线；1） 衰变放射性核素放射出 粒子后变成另一种核素；子核的电荷数比母核削减2,质量数比母核削减 4； 粒子的特点是电离才能强,射程短,穿透才能较弱；2） 衰变 衰变又分 - 衰变、 +衰变和轨道电子俘获三种方式；1 - 衰变放射出 - 粒子（高速电子）的衰变；一般地,中子相对丰富的放射性核素常发生 - 衰变；这可看作是母核中的一个中子转变成一个质子的过程；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 +衰变放射出 +粒子（正电子）的衰变；一般地

14、,中子相对缺乏的放射性核素常发生 +衰变；这可看作是母核中的一个质子转变成一个中子的过程；3 轨道电子俘获原子核俘获一个 K 层或 L 层电子而衰变成核电荷数削减 1,质量数不变的另一种原子核；由于 K 层最靠近核,所以 K 俘获最易发生；在 K 俘获发生时,必有外层电子去填补内层上的空位,并放射出具有子体特点的标识 X 射线；这一能量也可能传递给更外层电子,使它成为自由电子发射出去,这个电子称作“ 俄歇电子” ；3） 衰变和内变换1 衰变处于激发态的核,通过放射出射线而跃迁到基态或较低能态的现象；射线的穿透力很强； 2 内变换射线在医学核物理技术等应用领域占有重要位置；有时处于激发态的核可以

15、不辐射射线回到基态或较低能态,而是将能量直接传给一个核外电子（主要是K 层电子）,使该电子电离出去；这种现象称为内变换,所放出的电子称作内变换电子；3. 我国电力现状及进展趋势目前人类已耗用了的能源总量近 3 000 亿吨标准煤,自 1973 年以来,从地球开采的石油近 5 000 亿桶 约合 800 亿吨 , 剩下的石油按现有生产水平计算,仍可保证开采 40 年；自然气也只能连续开采 50 年,石油、煤和自然气资源都正在快速地走向枯竭,并且化石能源的过度应用仍导致了 co 等气体大量积累,形成了温室效应；因此查找一种既能替代化石能源又不影响人类生存环境的能源是各国多年来的努力目标；在新能源中

16、,水能、太阳能、风能、地热能等虽然具备肯定的条件,但这些能源不是储量太少就是属于间竭能源,只有核电具备潜力巨大、能大规模、全天候为人类长期供应所需能源的才能；中国能源结构仍以煤炭为主体,清洁优质能源的比重偏低；中国目前建成名师归纳总结 和在建的核电站总装机容量为870 万千瓦,估计到2022 年中国核电装机容量约第 6 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 为 2000 万千瓦, 2022 年约为 4000 万千瓦；到2050 年,依据不同部门的估算,中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为 3.6 亿千瓦（约占中国电力总装机容量的

17、30%）,中方案为 2.4 亿千瓦（约占中国电力总装机容量的 20%）,低方案为 1.2 亿千瓦（约占中国电力总装机容量的 10%）；中国国家进展改革委员会正在制定中国核电进展民用工业规划,预备到2022 年中国电力总装机容量估计为9 亿千瓦时,核电的比重将占电力总容量的4%,即是中国核电在 2022 年时将为 3600-4000MW；从核电进展总趋势来看,中国核电进展的技术路线和战略路线早已明确并 正在执行,当前进展压水堆,中期进展快中子堆,远期进展聚变堆；详细地说 就是,近期进展热中子反应堆核电站,为了充分利用铀资源,采纳铀钚循环的 技术路线,中期进展快中子增殖反应堆核电站,远期进展聚变堆

18、核电站,从而 基本上“ 永久” 解决能源需求的冲突；4. 终止语核能替代化石能源的前景及环保上的优越性是有目共睹的；但近年来由于 发达国家经济的转型,常规能源利用率的提高和人们对核事故的惧怕,总体上 发达国家核电在下滑；迫于民众的压力,一些国家已表示不再进展核电,如意 大利、德国等；进展中国家出于从能源供应的牢靠性和国家的安全考虑,正在 稳步地进展核电；核聚变反应堆现在正进行国际合作,猜测在 2025 年可建成示范性聚变堆,真正的商业化将在2040 年后实现； 50 年后,人类将真正进入没有任何核污染、燃料来源难以穷尽的核文明时代,届时人类将再不用为能源和 利用能源对环境造成的危害担忧,生存条

19、件会越来越好；石油、煤炭、自然气和和铀矿这些矿物能源储量面临枯竭；现在的青少 年,在他们老之将到时,很可能就会目睹,原野里那些曾经日夜劳作的抽油机 在凄风苦雨而中逝去；再过几代的人们,什么炼油厂、输油管道、燃煤电 厂、 ,对于他们来说,就会成为昨天的故事；人类应当未雨绸缪,不要待 矿物能源用完之后再作反应；将来能源结构必定是多能互补,各显其能的时代；现阶段就应当加快提高新能源和可再生能源在能源结构中的比例；新能源和可再生能源由于污染少甚名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 至无污染,对环境爱护非常有利；我们只有一个地球,

20、为了天更蓝、地更绿、水更清,大家多项用清洁的新能源吧！各级政府应再加大扶持力度,行业组织再加大产业政策和信息宣扬,使新能源和可再生能源利用不断跃上新台阶；积极培养市场、规范市场、鼓励市场；积极利用全球环境基金、世界银行、亚行贷款和国际救济,加强技术沟通,学习国外先进体会,促进新能源和可再生能源进展；新能源和可再生能源产业巨大,稳步增长,前途无限,存在令人鼓励 的商业机会,愿更多的金融投资者和企业家关注新能源行业；加强行业科学技 术学问普及宣扬,使全社会特别青少年,熟悉新能源,明白新能源,使用新能 源；参考文献名师归纳总结 （1） 孙宪文 , 姜军 , 朱松 . 核裂变与核聚变发电综述J.辽宁：东北电力技术,2002 第 8 页,共 8 页（2） 熊本和 . 世界核电的现状与将来J.国防科技工业, 2001（3）倪士英 . 核能利用及其对环境的影响J.能源工程, 1995（4） 陈世君 . 世界核电现状及其进展趋势J.东方电气评论, 2001（5）朱青,等 . 关于我国核电进展趋势的构想J.江西：东华理工高校,2022- - - - - - -