什么是核能及核能的利用

什么是核能及核能的利用

关键字：核能利用、核能现状、核能发展、核能简介

引言

人类的一切活动都离不开能源，能源是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要基础。1939 年原子核裂变的发现，开辟了核能利用的新时代.。特别是在能源结构从石油转入非油能源的新时期里，核能被认为是解决世界能源短缺的一种重要途径，可开发的核燃料资源所提供的裂变能、聚变能，可供人类大规模长时期的利用。核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。近年来，大力发展核电是许多国家在研究本国能源现状和前景之后,所采取的一种比较普遍的基本政策。

1、核能简介

1.1核能的发现

核能的发现凝聚了众多科学家的智慧和汗水。1932年，英国物理学家查德威克发现了中子，为人类提供了打开核能利用大门的一把钥匙，1939 年，费米利用中子轰击铀发现反应能产生中等重量的元素，居里夫人的女儿伊伦·居里进行了类似的研究，但得到了不同的反应产物。德国科学家哈恩重复他们的实验，证实中子轰击铀能产生重量为铀一半的元素，并确定它是钡，他的进一步工作证实了伊伦·居里实验的产物是镧。接着，流亡瑞典的奥地利女科学家迈特纳提出了铀核裂变的概念,并指出裂变能放出能量。为了能持续地放出核能,匈牙利物理学家西拉德最先考虑了链式反应发生的可能性。1939 年约里奥·居里夫妇等人，通过实验发现一个铀核(U - 235)裂变会释放出2—3个中子,用实验证实了链式反应的可能性。1941年12月到1942年12月,费米领导一批物理学家在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世界上第一座原子核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持链式反应的众多技术问题，这标志着核能和平利用时代的到来【1】。

1.2核能的利用原理

核能，由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。其是通过转化其质量

从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放：1、核裂变，打开原子核的结合力。2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。3、核衰变，自然的慢得多的裂变形式。

核能利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的过饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。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，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。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），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238【2】。

2、世界核能利用现状

全世界现有433座核电机组在运行、总装机容量为3. 49亿kW、核电占全球总电力生产量的16. 1 %。全世界已有17个国家的核电在国家电力生产中的比例超过25 %，其中发达国家核电所占比重，法国为77%，韩国为38%，日本为36%，英国为28%，美国为21%（美国在全球核电总装机容量中所占比重为29%），加拿大为12%。近年来全世界核电发电量维持在总发电量的1/6左右，达到了可以和煤电、油电、水电、气电平起平坐的地位，核电已经成为世界能源的重要组成部分【3】。

2.1法国核能利用现状

当今，法国核电在世界上占有很重要的位置，它与美国及日本构成了世界核电工业三强。法国在役核电机组数量为59座，总装机容量为6.24万兆瓦，现均仅次于美国列世界第二位，分别占到了全球总数的14%及全球总量的17.6%，其

核电占国家发电总量的比例达到了78%，位居世界主要工业大国的首位。目前，法国运行中的核电机组共有59座，总功率为63363 MW，每年供应4000多亿kWh 电力，核电占总发电量的约78%【3】，很明显，核电现在已经在法国电力及能源中占据了举足轻重的位置，为保证法国经济稳步和迅速发展发挥着极为重要的作用。

法国核电工业为保持法国商业平衡和发展外贸也发挥了重大作用。每年能为法国节省用于进口化石燃料的300亿法郎；通过向国外出售电力，每年还能为法国赚取180亿法郎，以及通过出售核燃料循环产品及服务,赚取大约100多亿法郎。同时自70年代大规模发展核电以来，法国电力市场价格相当稳定，造就了法国核电强大的竞争力。法国电力公司才成为欧洲第一大电力出口公司。世界第二大电站出口商，法国第四大产品出口企业。每年净出口电力达720亿千瓦小时以上。与周边国家相比较，法国目前的CO2排放水平是相对较低的，而这一成绩的取得应主要归功于核电。长期以来,法国一直优先发展核电，而大量减少火电。发展核电每年使法国少排放3.45亿吨CO2，为改善法国以及世界的环境质量做出了重要贡献。

2.2美国核能利用现状

目前，美国有104个已经建成并通过注册的核反应堆，有103个正在运行中。另外有4座核反应堆正在建，并已通过注册。这些反应堆都是压水堆或沸水堆，即轻水堆。截止到1991年底，美国有97135兆瓦的核发电能力；到2004年3月，达到97452兆瓦。到2007年12月，美国核管会共批准了110个核电站关于功率提升的申请，这些申请可为美国新增核发电能力4900兆瓦。到2011年，通过功率提升，美国核电站还将新增1690兆瓦核发电能力【4】。

1992～2005年，美国新建燃气电厂装机容量达到27万兆瓦。新建核电厂和煤电厂装机总量仅为14000兆瓦，但美国核电和煤电供应了全国70%的用电量，保障了美国电力价格的稳定。2005年，美国核发电量达到7810亿千瓦时，约占全国发电总量的近20%。2006年，美国核电运行费用为仅1.66分/千瓦时，低于煤电和燃气发电的费用【4】。这一成绩的取得与1992年颁布的《能源法案》是密