核能的利用

探究核能的利用

1 。资料在线：1938年德国物理学家哈恩和斯特拉斯量利用中子轰击铀核时发现了铀核的裂变，这一成果使人们向核能的利用迈出了第一步

目前的能源问题：随着世界经济的快速增长对能源的需求也越来越大，许多矿物燃料也越来越短缺，特别是石油价格的飚生给各国的经济增长带来很大的压力。而且使用矿物燃料所带来的环境问题也越来越严重。必须寻找可持续使用的替代能源。世界能源进入危险期，逼着中国寻找替代能源。据2004年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供生产41年；全球天然气储量为176万亿立方米，仅供开采63年。据统计，全球煤炭埋藏量10316亿吨，仅够开采231年。化石能源开采具有不可逆性——不能再生，开采一点就减少一点。无论从现实还是长远看，能源短缺越来越成为我国经济发展的最大瓶颈，油价不断攀升令中国国家能源安全问题日益凸显。维护国家能源安全，基本的思路应是能源资源依靠本国。而核电，是惟一可突破能源安全瓶颈的能源。发展核能，势所必然

核能的优越性：与常规能源相比，核能有明显的优越性。第一，

核能的能量密度大，消耗少量的核燃料就可以产生巨额的能量。为了使大家对于这一点有很深的印象，我们将核电厂和煤电厂在燃料消耗上作一对比。一座电功率为100万千瓦的燃煤电厂每年要烧掉约300万吨煤，而同样功率的核电站每年只需更换约30吨核燃料，真正烧掉的铀－235大约只有1吨。因此利用核能不仅可以节省大量的煤炭、石油，而且极大地减轻了运输量。

核能的第二个主要优点是清洁，有利于保护环境。众所周知，燃烧石油、煤炭等化石燃料必须消耗氧气、生成二氧化碳。由于人类大量燃烧化石燃料等，

已经使得大气中的数量显著增加，导致所谓“温室效应”。其后果是地球

表面温度升高、干旱、沙漠化、两极冰层融化和海平面升高等。这一切都会使人类的生存条件恶化。而产生核能，不论是裂变能和聚变能，都不需消耗氧气、不

会产生。因此在西方发达国家，虽然目前能源和电力供应都比较充足，但

有识之士仍在呼吁发展核能以减少的排放量。除外，燃煤电厂还要排

放大量的二氧化硫等，它们造成的酸雨，使土壤酸化、水源酸度上升，对农作物、森林造成危害。煤电厂排出的大量粉尘、灰渣也对环境造成污染。更值得注意的是，燃烧一吨煤平均会产生0．3克苯并芘，它是一种强致癌物质。每1000立方米空气中苯并芘含量增加1微克，肺癌发生率就增加5％～10％。相比之下核电厂向环境排放的废物要少得多，大约是火电厂的几万分之一。它不排放二氧化硫、苯并芘，也不产生粉尘、灰渣。一座电功率100万千瓦的压水堆每年卸出的乏燃

料仅25～30吨，经后处理就只剩下10吨了，现已有多种方法将它们安全地放置在合适的地方，不会对环境造成危害。核电站正常运行时当然也会向环境中排放少量的放射性物质，核电站对周围居民的放射性剂量，不到天然本底的1％，不是什么严重的问题。值得指出的是，由于煤渣和粉尘中含有铀、钍、镭、氡等天然放射性同位素，所以煤电站排放到环境中的放射性、比相同功率的核电站要多几倍、甚至几十倍。

目前利用核能的方式：

1．核电站核电站的核心是核反应堆，世界上第一座铀核链式反应堆是在物理学家费米领导下于1942年12月在美国芝加哥大学体育场建成的.目前常用的反应堆的结构原理如课本上图14—10所示.它以铀235为核燃料，为了有效地利用反应堆中释放的核能，设计建造了两个循环回路.

①第一回路：在第一回路中，先用泵把水或其他液体压入核反应堆，在那里获得铀核裂变释放的核能，被加热，然后进入热交换器，在那里把热量传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新被加热.

②第二回路：在热交换器内，第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机推动汽轮机做功，把内能转化成电能.做功后的蒸汽温度和压强都降低了，它将进入冷凝器冷却成水，再由泵压回热交换器重新加热成高温高压蒸汽.

③汽轮机带动发电机发电：通过两个回路的不断循环，把核反应堆中铀核裂变释放的核能，源源不断地转化成第二回路中水的内能，去推动汽轮发电机发电，转化成我们所需要的电能.这就是核电站的工作原理.

、核电站的特点

1.消耗的“燃料”少

核电站只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能.例如一座100万千瓦的火力发电厂每年要耗煤三、四百万吨，而相同功率的核电站每年只需核燃料三、四十吨，这就大大减少了燃料的运输.

2.成本低

虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多，但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低20%以上.所以世界上很多国家都在大力发展核电站.到1989年，全世界运行中的核电站已有434座，总装机容量约32000万千瓦，发电量占全世界总发电量的17%，预计到21世纪，核能发电将达到世界总发电量的30%以上，核能将成为21世纪的主要能源之一.

3.我国核电发展情景

我国虽然有丰富的煤炭、水力和石油资源，由于我国人口众多，人均拥有量并不高，而且资源分布很不均匀：水力资源的70%以上分布在西南地区；煤炭已探明的储量有80%都分布在北方，而江南8省只占2%；江南8省，再加上山东、河北、辽宁、吉林及河南共13个省的能源蕴藏量只占全国的13%，而人口却占全国的63%，能量消耗约占全国的65%.这种能源储藏和消耗上的不平衡，迫使北煤南运和西电东送，

煤炭运输成为很大负担.所以在交通紧张的华东、华南和东北地区发展核电站是迫切需要的.

我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电站第一期工程也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量可达100亿度.

因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行.我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用.

核潜艇

核潜艇以核能为动力的潜水艇。世界上第一艘核潜艇是美国的“鱼”号，是

在1954年1月24日开始首次试航。首次试航即显示了核潜艇的优越性，人们听不到常规潜艇那种轰隆隆的噪声，艇上操作人员甚至觉察不出与在水面上航行有何差别，它84小时潜航了1300千米，这个航程超过了以前任何一艘常规潜艇的

最大航程10倍左右。1955年7~8月，“鱼”号和几艘常规潜艇一起参加反潜

舰队演习，反潜舰队由航空母舰和驱逐舰组成。在演习中，常规潜艇常常被发现，而核潜艇则很难被发现，即使被发现，核潜艇的高速度也可以使之摆脱追击。由于核潜艇的续航力大，用不着浮出水面，因而能避免空中袭击。

早期的核潜艇均以鱼雷作为武器。以后由于导弹的发展，出现了携带导弹的核潜艇。核潜艇安上导弹之后，便出现了两种类型：一类是近程导弹和鱼雷为主要武器的攻击型核潜艇；另一类是以中远程弹道导弹为主要武器的弹道导弹核潜艇（又称战略核潜艇）。攻击型核潜艇主要用于攻击敌水面舰艇和潜艇，同时还可担负护航及各种侦察任务。弹道导弹核潜艇则是战略核力量的一次重要的转移。在各种侦察手段十分先进的今天，陆基洲际导弹发射井很容易被敌方发现，弹道导弹核潜艇则以高度的隐蔽性和机动性，成为一个难以捉摸的水下导弹发射场。

我国第一艘鱼雷攻击型核潜艇，经过三年航行试验于1974年8月1日正式交付海军服役，成为世界上第五个拥有核潜艇的国家。核潜艇是集当今世界高、精、尖科学技术和工业发展于一身的产物，它涉及到冶金、机械、造船、电子、航天、化工、原子能、兵器等许多工业部门。因此，我国在十年动乱时期、在被封闭的条件下造出了自己的核潜艇，又一次震惊了世界。现在我们也拥有了自己的导弹核潜艇，并且成功地进行了水下发射导弹试验。

利用核能的原理：原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀—235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀—235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，

推动气轮机发电。由此可知，核反应堆最基本的组成是裂变原子核＋热载体。但是只有这两项是不能工作的。因为，高速中子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会；核反应堆要依人的意愿决定工作状态，这就要有控制设施；铀及裂变产物都有强放射性，会对人造成伤害，因此必须有可靠的防护措施。综上所述，核反应堆的合理结构应该是：核燃料＋慢化剂＋热载体＋控制设施＋防护装置。

、总结：可以说核能的利用使世界的不会制约于能源的短缺。使世界经济发展得以快速增长。但是它也有弊端核废料污染：反应后的乏燃料中含有大量高放射性物质，其中有一些半衰期长达百万年以上，成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决。核废料的运输、处理、存放都是带有一定危险性的。

核泄漏污染：由于管理、运输等方面的疏忽或意外，而发生核泄漏，将是十分危险的，危害程度大、时间长。而少数国家也发生过不少核泄漏事故，让人心有余。所以各国在发展核能是必须权衡利弊。