核能的开发和利用
核能的开发与应用
裂变能
裂变能，重核发生裂变时释放的 能量。重核裂变是指一个重原子 核，分裂成两个或多个中等原子 量的原子核，引起链式反应，从 而释放出巨大的能量。
链式核裂变反应示意图
聚变能
聚变能，轻核发生聚变时释放的 能量。轻核聚变是指在高温下(几 百万度以上)两个质量较小的原子 核结合成质量较大的新核并放出 大量能量的过程，也称热核反应。
2.地球有望供应。世界上有比较丰富的核资源， 核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，全球铀的储 量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资 源、可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。
3.运输方便、成本低。核燃料能量密度比起化石 燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料 体积小，运输与储存都Biblioteka 方便。2.2核能发电的弊端
1.核废料处理需严谨。使用过的核燃料，虽然 所占体积不大，但因具有放射性，因此必须慎 重处理。一旦处理不当，就很可能对环境生命 产生致命的影响。核废料的放射性不能用一般 的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性 核素自身的衰变而减少。核废料放出的射线通 过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会 引起辐射损伤。
核能的开发与利用
一、认识核能
1.核能基础知识 ·原子核包括质子和中子，质子数决定了 该原子属于何种元素，原子的质量数等 于质子数和中子数之和。 ·核能，又称原子能，它是原子核里的核 子——中子或质子，重新分配和组合时 释放出来的能量。核能分为两类：一类 叫裂变能，一类叫聚变能。核能是不可 再生能源。
2.热污染。核能发电热效率较低，因而比 一般化石燃料电厂排放更多废热到环境 裏，故核能电厂的热污染较严重。
3.核能发电被认为存在风险。核裂变必须 由人通过一定装置进行控制。一旦失去 控制，裂变能不仅不能用于发电，还会 酿成灾害。全球已经发生了数起核泄露 事故，对生态及民众造成了巨大伤害。
核能开发和用途
核能开发和用途核能开发是指利用核能技术进行能源生产与利用。
核能是指核子反应中释放的巨大能量，它是目前人类已知的能量密度最高的能源之一。
核能开发具有重大的意义，可以为人类提供巨大的能源供应，并在多个领域发挥重要作用。
首先，核能开发在能源领域具有重要意义。
核能是一种清洁的能源，与传统的化石燃料相比，核能的燃烧过程几乎不会产生大气污染物，如二氧化碳和二氧化硫等。
核能发电不会导致大气中的温室效应气体的增加，从而有助于减少全球气候变化的影响。
此外，核能发电还可以大大减少对传统能源的依赖，使能源供应更加可靠和稳定。
其次，核能开发在医疗领域发挥了重要作用。
核能技术被广泛应用于医学中，如核医学和放射治疗等。
核医学利用放射性同位素来进行诊断和治疗，如放射性核素用于放射性标记药物，可以通过摄影、断层扫描、正电子发射断层扫描等技术检测和诊断一些疾病。
核能还可以用于治疗癌症，通过放射性同位素的高能射线杀死癌细胞，达到抑制肿瘤生长和扩散的目的。
此外，核能开发还在工业领域中发挥着重要作用。
核能技术可以应用于材料工程、化学工程、生物工程等多个领域。
例如，核能技术可以用来辅助金属材料的强化处理，如离子注入等技术可以显著提高金属材料的硬度和强度。
此外，核能技术还可以用于制备新型材料、合成化合物、处理废水等工业应用。
此外，核能开发还在航天领域中发挥着重要作用。
核能技术可以用于太空探索和航天器动力系统。
核能源可以提供巨大的能量输出，可以用于提供太空探测器的动力，例如核推进系统。
核推进系统具有较高的推力和较长的工作时间，可以大大提高航天器的速度和航程。
此外，核能技术还可以用于太空探测器的电力供应，降低宇宙中不同天体探索的能量限制。
最后，核能开发还在国家安全和国防领域中具有重要作用。
核能技术可以应用于核武器和核潜艇等军事装备中。
核武器是一种具有极强破坏力的武器，可以对敌方进行毁灭性打击。
核潜艇则是一种利用核能进行动力的潜艇，可以在水下进行长时间航行和隐藏，具有较强的战略威慑能力。
核能的开发和利用(以秦山核电站为例)
1、核能概念 2、优缺点 3、利用-------核能发电
铀浓缩到一定程度可以制造核武器 4、案例：世界：苏联奥布灵斯克核电站
中国：秦山核电站 总结：核电站区位因素 5、关于日本福岛核泄漏 6、发展前景
概念
• 核能（或称原子能）（非可再生资源）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。
•
一期建成后不久，秦山核电站又先后开
工建设了二期和三期工程，并引进国外技术
力量和国内地方政府资本参与建造
核电站选址的区位因素
• 自然【限制因素小】 ：地形平坦；多沿 海（用水量大）；多避开气象灾害多发区；
• 经济【主导】：需要大量资金的投入；技 术要求高（核燃料技术，核技术，核安全 技术）；高素质人才；环境优美（部分核 电站拥有景区）；
我国防止核辐射措施 安全评估和检查
发展前景
人们对核电站使用的担心集中在核安 全问题上，如：核燃料的放射性，运行中 的核事故，以及核废料处理等。1979美国 的三里岛核事故与1986年原苏联切尔诺贝 利事故导致一些人对核电的恐惧心理，给 和平利用核能蒙上阴影，经专家事后分析， 三里岛事故和切尔诺贝利事故都在很大程 度上是人为因素造成的。
4．核能发电的成本中，燃料费用所占的比例 较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势 影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。
缺点
缺点 1．核电厂的反应器内有大量的放射性物
质，如果在事故中释放到外界环境，会对生 态及民众造成伤害
核安全综合知识——第2章 核能和核技术利用
第二章 核能和核技术应用目录第二章 核能和核技术应用........................................................................................................- 1 - 目录......................................................................................................................................- 1 - 考试要求..............................................................................................................................- 1 - 引言......................................................................................................................................- 1 - 第一节 辐射源种类............................................................................................................- 2 - 第二节 反应堆和加速器生产放射性同位素基本知识....................................................- 9 - 第三节 放射性同位素在医学、工业、农业、食品加工等行业的应用......................- 12 - 第四节 放射性同位素应用中的辐射安全问题..............................................................- 21 - 第五节 射线装置在医学、工业、农业等行业的应用..................................................- 24 - 第六节 射线装置应用中的辐射安全问题......................................................................- 30 - 第七节 核燃料循环设施..................................................................................................- 36 - 第八节 核动力厂和其他反应堆......................................................................................- 62 - 第九节 核动力厂和其他反应堆的安全问题..................................................................- 79 - 本章小结............................................................................................................................- 92 - 思考题................................................................................................................................- 93 -考试要求1.熟悉辐射源的种类（宇宙射线，天然放射性同位素，用于医学、学业、工业、食品加工等的放射源，密封型和非密封型源，辐射产生器/设施，核动力厂和其他反应堆以及其他核燃料循环设施等）；2.了解放射性同位素的基本特征；3.了解反应堆和加速器生产同位素的基本知识；4.了解放射性同位素在医学、农业、工业、食品加工等行业的应用；5.熟悉放射性同位素在医学、农业、工业、食品加工等行业的应用中的辐射安全问题；6.了解辐射产生器/设施的应用；7.熟悉辐射产生器/设施在应用中的核与辐射安全问题；8.了解与核燃料循环设施（包括铀钍及伴生放射性矿勘探、开采与加工，富集铀的生产，燃料元件制造，核动力厂和其他反应堆、乏燃料后处理以及放射性物质运输、放射性废物管理等）有关的基本知识；9.熟悉核燃料循环设施（包括铀钍及伴生放射性矿勘探、开采与加工，富集铀的生产，燃料元件制造，核动力厂和其他反应堆、乏燃料后处理以及放射性物质运输、放射性废物管理等）在选址、设计、建造、运行、退役等阶段核与辐射安全方面的主要问题；引言随着核能和核科学技术的发展，核设施、放射性同位素和射线装置在医疗、工业、农业、地质调查和教学等领域中的应用越来越广泛。
核能源的开发和利用技术
核能源的开发和利用技术核能源是一种强大的能源源，它可以产生大量的电力和热能，被广泛应用于发电、医疗、科学等领域。
随着能源需求的增加和环境污染问题的日益突出，科学家们不断探索利用核能源进行可持续发展的技术。
本文将介绍核能源的开发和利用技术。
一、核裂变技术核能源的主要利用方式之一是核裂变技术，即将稳定核素通过中子碰撞使其裂变产生能量。
核裂变产生的热能可以被转化为电能，用于驱动发电机发电。
目前世界上大多数核电站都采用核裂变技术，其中最为常用的是基于铀的核裂变技术。
铀是一种稳定的核素，但其同位素铀-235具有相对高的裂变截面。
核电厂采用铀-235的裂变作为发电的源头。
在核电站中，铀-235经过精制之后，将加热到一定温度，在核反应堆中，中子将被释放，与铀-235碰撞导致其裂变并释放大量热能，进而转化为电能。
尽管核裂变技术现在在发电方面已经非常成熟，但是安全性问题一直是其争议所在。
事故可能会导致大规模的放射性污染，这样的后果不可挽回。
因此，开发更为安全、清洁的技术成为了核能源领域探索的重中之重。
二、核聚变技术核聚变技术是核能领域的另一个发展方向。
核聚变是指将轻元素（如氢、氦等）在极高的温度和压力下融合成重元素，同时释放出大量的能量。
这种技术的燃料是容易获取的，而且非常充足，基本上不会排放任何有害物质。
核聚变技术具有非常巨大的潜力，即使是微小的核聚变反应也能提供数倍于核裂变的能量，而且这种反应的燃料——氢，可以通过水分解来获得，因此不会引起核废料问题。
但是，目前核聚变技术还面临相当多的难题，最大的问题就是目前的技术无法稳定地控制聚变反应。
此外，核聚变反应的温度需要达到数亿度才能进行，这也极大地增加了实现此技术的困难。
三、核能安全技术核能安全技术涉及到安全措施、预防措施和响应措施等，可以防范事故发生或减少事故的影响。
例如，核电厂通常建在人烟稀少的地方，以减少风险。
核电站在设计时也会考虑受到自然灾害的影响，使其满足完整性和稳定性的要求。
第一章 核电站概述 核能的开发与利用
②、对核电经济性过分乐观，以及核电技术还不够成熟。 电力公司对复杂项目的管理缺乏经验、供货延误、劳资纠
纷、公众接受程度等影响。
③、1979年3月美国三里岛（Three Mile Island-2）核电厂事 故。1986年4月前苏联切尔诺贝利（Chernobyl-4）核电厂事
于1951年使用生产（钚）的反应堆余热发电，1954 年前苏联建成世界第一座核电站，之后英国、法国 相继建成生产军用钚和发电两用的气冷堆核电站， 至70年代中期全世界进入了发展核电站的高潮，法
国、日本、韩国等坚持以发展核电为主的方针。迄
今，全世界已经、建成核电站500余座，核发电量占 发总电量的17%，其中法国占76%，是世界之最。
美国投放在日本广岛的原子弹爆炸情况
我国通过自力更生，大力协同，于1964年10月16日成功地爆炸了我 国第一颗原子弹，打破了西方大国的核垄断和核讹诈。
经过两年零八个月，于1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹，从此使 我国进入了世界核大国行列，大大增强了我国防力量，提高了国际地位。核能Biblioteka 和平利用始于上世纪50年代初期。美国
然而，在彻底销毁全世界核武器之前，为了防止核武器的扩散，必须严格管制核材料，依赖和 进一步加强国际防扩散保障体系的有效性。
核工业生产主要环节
矿石－0.1％左右含量天然铀99.28％238U+0.72%235U 铀加工－天然UO2
氟化－天然UF6
同位素分离－富集铀UF6（238U含量达到3％～93％） （扩散法、离心机法） 还原 富集UF6+2H2O 富集铀UO2 ＋4HF
单位为 g ，c 为光速，单位为 cm/s . 这 一公式表明，少量的质量可以转换为十 分巨大的能量，揭示了核能来源的物理 规律．
核能开发及应用08 2
第三代核武器：核钻地弹
核钻地弹有坚硬的外壳、能钻入地下一定深度后爆炸的低当量核弹 头。以摧毁地下指挥所、导弹发射井、地下生化设施等坚固的地下 目标。例如，核弹头钻地下1m深爆炸，其对地下军事目标的破坏力 就是在地面爆炸时的20倍。 为了摧毁苏联导弹发射井、地下指挥中心等地下高价值战略目标， 从50年代中期开始，美国主要依靠当量900万吨、弹坑深达150米的 B53型核航弹作为钻地核弹。由于当量太大，弹头重量和尺寸太大 、且只能用易损而又笨重的B-52战略轰炸机携带，给作战使用带来 诸多不便。因此，美国决定加以更新。 六七十年代论证过多种钻地核航弹，均因无法降低当量而下马。随 着弹道导弹技术和核弹头小型化的飞速发展，美国于 1979年加紧研 制可用于射程1800千米、圆概率误差20～45米的中程弹道导弹“潘 兴”Ⅱ上的钻地核弹头。设计要求是：在爆炸前能钻入相当于9层 楼高的地下深处，以地震或炸坑的破坏机理来摧毁敌人的点目标。 后很快研制成功美国也是世界第一种钻地核弹头W86。但钻地核弹 头计 划于1981年1月被取消，主要原因是“潘兴”Ⅱ导弹的任务改 变成打击各种目标。计划取消时，钻地弹的研制工作已经结束，“ 潘兴”Ⅱ改为用 非钻地核弹头。
第验条约》的限制，美、法、俄等国家 开始了第四代核武器的研制。第四代核武器不产生剩余 核辐射，其威力可以任意调整，甚至可以作为“常规武 器使用，不受《全面禁止核试验条约》的限制。 种类：反物质弹、粒子束武器、激光引爆的炸弹、核同 质异能素武器、金属氢武器等。 技术特点：基于核聚变，但不用核裂变能点火，而是用 其他高含能物质的能量对核聚变点火，如用激光、金属 氢、同质异能素等引爆，是纯粹的核聚变武器。
第三代核武器：核钻地弹
1995年8月由 美国国防部正式批准将B61-7型核航弹改为B61-11型钻 地航弹。截止1998年4月，该弹共进行了26次空投试验，被钻地介质 有沙地、硬质地层、坚实地面、岩石、混凝土、坚硬冻土。 该弹战斗部重为549千克，外径0.34米，长0.37米，威力300吨～30万 吨当量 TNT可调；当量调节方式是调节注入氚量的多少，在上述当 量范围内可进行5档当量选择；穿透能力，在不同地下目标2～15米 ；端头材料为含有 强穿透能力贫化铀的合金钢钻地头锥；弹头引爆 深度3～6米；对地下目标的毁伤半径为几百米量级；运载工具为B52、B-1B、B-2型轰炸机或F -16战斗机。 美国已于1998年春天开始部署B61-11。据估计目前至少已装备了50 枚。这是美国自1989年以来首次为其核武库 补充新的、也是唯一的 钻地核航弹，也使美国成为目前世界上装备包括中子弹、核钻地弹 、微型超微型核弹头等种类最多、数量最多的第三代 核武器的国家 。美国逆时代潮流公然装备这种重量轻、尺寸小、当量可调、适于 多种机型投放、能执行特种作战任务的第三代核武器，大大增强了 其核攻击能力。
核聚变能源的开发与利用
TECHNOLOGY EXPLORATION|科技探索摘要：核聚变能是一种取之不尽、用之不竭的人类未来理想飾清洁能源，尙未实现商业应用，还处在开发利用的研究阶段，离未来商业运用还有很长的路要走，全世界的聚变科学家正在为了人类聚变能源梦想不懈奋斗。
国际热核聚变实验堆计划是人类现有的最大的国际性实验研究项目构成部分，主要是指全世界联合起来建造第一个聚变实验堆。
基于EAST全超导托卡马克装置，着眼于ITER实验运行，瞄准未来中国聚变工程试验堆，中国科学家在人类核聚变研究征途中发挥着越来越重要的作用。
关键词：人造太阳；核聚变；实验堆；工程技术I核聚变能源的开发与利用■文/叶华龙国际热核聚变实验堆（ITER）计划是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程计划，项目实施共有34个国家参与研究，其中包括中国、俄罗斯、欧盟等。
成员国协作出资，在法国南部地区建造第一个核聚变实验堆，旨在全面验证聚变能源开发和利用的科学可行性、工程可行性，它是人类受控热核聚变研究走向实用的关键一步。
1.核聚变能：人类理想的未来清洁能源非可再生资源的运用开发，始终面临着资源终竭的危机，为规避能源危机对人类发展造成的影响，寻求可替代性能源是最直接、最有效的资源管理形式。
核能是清洁性、可循环利用的新型能源形态，它具有能源强度大、应用形式广等优势。
依据核能研究的基本理论，可将其分为裂变和聚变两种形态。
前者当前已经被大众作为电力开发与供应的主要方式，后者的开发与运用，始终是社会能源开发中的难题。
核聚变是两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核的一种核反应形式，两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量。
核聚变能的物理基础是氢的同位素気和氣发生聚变核反应。
核聚变能以氢的同位素氛和氟作为燃料，氛可直接从海水中获取，且将其与锂混合后会产生一定反应。
依据实验评估可知，1L海水中所提出的资源，与300L汽油燃烧所产生能量相等。
核聚变的燃料和产物都不具有放射性。
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❖ 中国于1964年成功地爆炸了第一颗原子弹. ❖ 1967年成功地爆炸了第一颗氢弹.
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核能的利用 核能： 原子核发生变化时所释放出的能量。 获得核能的两条途径是：核裂变和核聚变 核能的优点： 清洁能源 高密度能量 储量丰富
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核裂变
用中子轰击铀235，铀核会分裂成2个新原子核， 并释放能量的过程。
核能的开发和利用
国内外的核能现状
截止2005年1月,30个国家和地区共439座核电 机组在运行,总装机容量36000万千瓦,总发电量
25000亿度,占16%。
中国大陆目前9台机组,装机容量660万千瓦,占
1.7%,发电量420亿度,占2.2%。
2020年计划核电装机容量达到3600万千瓦,占 4%,平均每年新增2-3套百万千瓦级核电机组。
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反应堆简介
1.压水堆 (Pressurized Water Reactor)
总体特点 a.以净化的普通水作冷却剂和慢化剂 b.轻水慢化性能好堆芯较小
吸收截面大低富集度加浓铀 c.一回路冷却剂压力一般为15.5MPa d.压水堆核电站有放射性的一回路和二回路系统分开，放
射性冷却剂不会进入二污染二回路设备，运行和维护方 便，需要处理的废气、废水、废物量较少。
原子弹
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聚变
２个质量较小的原子核结合成较大的新核， 并释放能量的过程。 氢弹就是利用聚变原理制成的。 聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生， 因此聚变又叫热核反应.
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核能的和平利用—核电站
核能
内能
Байду номын сангаас机械能
电能
核反应堆
核反应堆是核电站的核心。 以可控方式实现自持链式裂变反应或核聚变反应的装置。 核反应堆能缓慢、平稳地释放核能。
1kg铀中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能 量大约相当于2500t的标准煤完全燃烧所放出能量.
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核裂变
❖铀核裂变时，同时放出 2 - 3 个中子，如果这些中 子再引起其它铀核裂变，就可以使裂变反应不断 地进行下去，这种反应叫做链式反应。
不可控的核反应
链反应
爆 炸
核电站 可控反应堆
Reactor) ❖超高温堆 VHTR (Very High Temperature Reactor)
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核能机构
❖ 国际原子能机构 ❖ 经济合作和发展组织 ❖ 美国能源部美国核学会 ❖ 阿贡国立实验室 ❖ 费米国立加速器实验室 ❖ 劳伦斯-伯克利国立实验室 ❖ 洛斯·阿拉莫斯国立实验室 ❖ 桑地亚国立实验室 ❖ 劳伦斯·利弗莫尔国立实验室 ❖ 橡树岭国立实验室 ❖ 美国核能研究所 ❖ 美国放射性废物管理办公室
4.气冷堆 ( Gas Cooled Reactor )
气冷堆是以石墨作为慢化剂， 二氧化碳或氦气作为冷却的反应堆。
5.钠冷快堆( Sodium Cooled Fast Reactor)
1)实现核燃料增殖。
2)核燃料裂变主要由快中子引起，堆内不需要慢化剂，堆 芯有害吸收减少，转换比增大。
3)使用传热能力强而慢化能力小的钠为冷却剂。
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反应堆简介
第四代反应堆: ❖气冷快堆 GFR (Gas Cooled Fast Reactor) ❖铅冷快堆 LFR (Lead Cooled Fast Reactor) ❖熔盐堆 MSR (Molten Salt Reactor) ❖超临界水冷堆 SCWR (Supercritical Water Cooled
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反应堆简介
2.沸水堆 ( Boiling Water Reactor) BWR与PWR同属于轻水堆,在设计上有许多相同点:
a.以轻水作为冷却剂和慢化剂 b.用富集度为3-4%的低加浓铀做燃料 c.堆芯在一个压力壳内，裂变能转化为热能，产生
蒸汽推动汽轮机发电
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反应堆简介
3.重水堆 ( Heavy Water Reactor) 以天然铀为燃料，重水为慢化剂，重水作冷却剂。 代表性重水堆核电厂: CANDU(CANadian Deuterium Uranium Reactor) ACR-1000(Advanced CANDU Reactor)
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反应堆简介
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