核能及其应用..

核能的产生原理
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是由质子、中子、和电子组成的。原子世界上一切 物质都是由原子构成的。任何原子都是由带正电的原子 核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。 核能在50多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个 中子以后能分裂，同时放出2-3个中子和大量的能量， 放出的能量比化学反应中释放的能量大得多，这就是核 裂变能， 也就是我们所说的核能。同位素质子数P相同 而中子数N不同的一些原子，或者说原子序数Z相同而 原子质量数不同的一些原子，它们在化学元素周期表上 占据同一个位置，称为同位素。所以，“同位素”一词 用来确指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性 质。 原子核一般是由质子和中子构成的，最简单的氢原 子核只有一个质子、原子核中的质子核数（即原子序数） 决定了这个原子属于何种元素，质子数和中子数之和称 该原子的质量数。
• 2. 炉心架构与压力槽 • 燃料是主要产生热的地方。它的型式是做成燃料 丸的样子。将燃料丸叠起来密封在锆合金所铸成 的封套内，成为燃料棒。多根燃料棒再组起来， 摆成一矩阵架构，称为燃料组件。两三百个的燃 料组件再合并在一起，成为炉心。炉心再置于一 耐高压的压力槽内。图2。
炉心架构与压力槽
• 3. 冷却剂 冷却剂在发热的燃料棒间的信道，由下往 上流动，将热带出炉心与压力槽之外。由 于发电时必需藉高温及高压的水蒸汽推动 汽机，冷却剂可以直接在炉心内沸腾，产 生水蒸汽。冷却剂也可以将热交给另外的 蒸汽产生器，去产生发电要用的水蒸汽。 图3
屏蔽系统防护体
确保核电站安全的措施
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为了确保压水反应堆核电站安全，从设计上采取了所能想 到 的最严密的纵深防御措施。 四道屏障 为防止放射性物质处逸设置了四道屏障： 1、燃料芯块； 2、密封的燃料包壳； 3、坚固的压力容器和密闭的一回路系统； 4、安全壳。 多重保护 在出现可能危及设备和人身安全的情况时： 1、进行正常停堆 2、因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动落入堆内，实 行自 动紧急停堆； 3、如因任何原因控制棒未能插入，高深度硼酸水自动喷入 堆内， 实现自动紧急停堆。
核能的研究发展——从原子弹说起
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原子弹是科学技术的最新成果迅速应用到军事上的一个突出 的例子。从1939年发现核裂变现象到1945年美国制成原子弹， 只花了6年时间。1939年10月，美国政府决定研制原子弹，1945 年造出了三颗。一颗用于试验，两颗投在日本。1945年8月6日 投到广岛的原子弹，代号为“小男孩”，重约4.1吨，威力不到 20000吨。同年8月9日投到长崎的原子弹，代号为“胖子”，重 达4.5吨，威力约20000吨。其他国家爆炸第一颗原子弹的时间是： 原苏联——1949年8月29日；英国——1952年10月3日；法国— —1960年2月13日；中国——1964年10月16日，印度——1974 年5月18日。1945年7月16日清晨5时30分，世界上第一颗原子弹 在美国新墨西哥州的沙漠地区爆炸成功，发射场的温度高达1亿 华氏度，等于太阳表面温度的1万倍。发射区1.6公里内的所有生 物全都荡然无存。离发射场800米的一座32吨重的钢塔成了一堆 扭曲的废物。发射场周围800米的沙粒被融化成玻璃体，绿色透 明似翡翠。事后的测算表明，这次爆炸试验为1.86万吨梯恩梯当
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在传统的能源构成中，火力发电和水力发电都有其 局限性。例如，煤炭和石油发电时，在消耗了大量宝贵 的化石资源的同时，放出的废气严重地污染了环境，使 人们的生存空间越来越恶劣；另外大量的燃料需求又给 交通运输部门增添了沉重的负担。而水力发电方面，因 为目前只有江河发电形成规模，其它尚未达到工业利用 程度，所以，水力资源的发达程度就限制了其发展的空 间。而核能作为一种新型的能源，具有得天独厚的优越 性。它利用地球中蕴藏丰富的放射性同位素铀的裂变反 应产生的巨大的能量来发电，效率既高又不污染环境。 理论上来说，1公斤的铀全部裂变所释放出的裂变能， 大约相当于2500吨煤或2000吨的石油燃烧时所释放出 的能量。随着世界各国环境意识的加强，核能的重要性 正在逐步被认识到，各国对发展核能的投入也呈稳定上 升的趋势。相信在下个世纪中，核能必将得到更广阔的 发展空间，这一优秀的能源形式必将得到更大的发展， 从而使其更好地服务于人类和造福于人类。
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铀是自然界中原子序数最大的元素。它是一种金 属，在地壳中含量为四百万分之一。天然铀由几种同位 素构成：除了0.71%的铀-235（235是质量数）、微量 铀-234外，其余是铀-238。铀-235原子核完全裂变放出 的能量是同量煤完全燃烧放出能量的2700000倍。（见 图１） 链式裂变反应裂变反应是由中子引起的，而反应结果又 产生了新的中子。如果能用新的中子引起新的核裂变， 裂变反应就能连续不断地进行下去，同时不断产生能量。 这种反应就叫做链式裂变反应。
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• 制定和完善核安全防护法规体系
国务院已颁布《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》， 国家核安全局、环境保护局、劳动部和卫生部等部门还颁布初稿 有关核电站厂址选择、设计、运行、质量保证、 辐射防护和废 物管理、职业安全卫生等安全规定以及辐射防护基本标准等。中 国核工业总公司颁布了一系列技术标准。 以后还将颁布一些法 规，逐步形成完善配套的核安全防护标 准体系。
• 反应堆，原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控 制的，为了使核能具有实用价值，必须用人工方 法控制链式反应的速度，使核能比较平稳地释放 出来，核反应堆就是用来控制反应速度的装置。 反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。 压水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指头大 的烧结二氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百 多根装有芯块的锆合金管组装在一起，成为燃料 组件。大多数组件中都有一束控制棒，控制着链 式反应的强度和反应的开始与终止。由于快中子 容易被铀238俘获而不发生裂变，必需设法使快 中子变成慢中子，为此在铀棒周围放上不吸收或 很少吸收中子的物质，使快中子跟这些物质的原 子核碰撞后，能量减少，变成慢中子。这种物质 叫减速剂。常用的有石墨、重水和普通水。
质量保证体系对参加核电站工作的人员的选择、培训、考 核 和任命有着严格的规定。以操纵员为例，要求选择基本素质好， 有一定学历和工作经验的人员，经过课堂、核电 站模拟机和核 电站实际运行培训，再通过国家级的考试领取操纵员执照，然后 才能上岗。上岗工作以后，还要进行 再培训和定期考核，不合 格都将被吊消执照。 • 设置国家协调机构 国务院核电领导小组及国家计委核电办公室负责核电建设和 安 全管理的指导协调。 设立国家主管机构 国务院授权中国核工业总公司行使对核电站的主管职能，作 为 核电站安全运行的领导者，中国核工业总公司内专设了核电站建 设、运行和安全防护管理监督局，加强对核安全的专 门领导、 指导、管理和监督国家为保证核电站安全采取的措施 建立国家核安全监督机构 1984年10月我国成立了国家核安全局，作为国家的核安全监 督 机构，其基本职能是依照我国的法律、法规，对民用核设施实行 独立的安全审评和监督。国家环境保护局、劳动部和 卫生部分 别负责对环境质量、职业安全和人身安全进行独立 的监督检查 和审评。
• 量是预期的4倍。1945年8月6日和9日，美国分别在日
本广岛和长崎两市投下原子弹，使其遭到致名打击，8 月15日，日本无条件投降。据广岛、长崎两市1977年 《致联合国的报告》称，在原子弹袭击中的死者和失踪 者，广岛约有15万，长崎约8万。迄今为止，因原子弹 轰炸而死去的人广岛已达22万多，长崎超过12万。 今天，核武器仅仅是作为政治对抗中的威慑力量， 因为任何一个国家一旦首先使用核武器，也就意味着自 身的灭亡。政治家其实对核战争毁灭性的破坏认识得比 军人更清楚1964年10月16日，我国爆炸了第一颗原子 弹，成功地进行了第一次核试验。原子弹爆炸的成功吸 引了全世界的目光，一夜之间中国跨进了核大国行列， 全世界刮目相看。在这个追求实力的世界上，不断发生 着以强凌弱的事情，伊拉克、南联盟这些无远程打击力 量的中小国家的败局从反面说明中国拥有原子弹的价值。
• 对一切重要设备都采取了类似的多种保护措施，如设置了两路独 立的可靠的外电源，当一路外电源因事故停电时，可自动切换到 另一路供电。万一两路外电源同时断电怎么办？不 要紧。核电 站里还有由柴油发电机提供的紧急备用电源。 专设安全设施 人们常用“万无一失”来形容一件事物的安全可靠，而核 电站 为这极不可能出现的“一失”出作了周密准备，这就 是专设安 全设施。 我们可以设想这“一失”是管壁很厚的一回路主管道断裂 了。 这时专设安全设施投入工作，首先向堆内高压注水，防止堆内 “烧干”；压力降低后，低村注水系统工作，继 续向堆内注水 冷却。与此同时，安全壳与外界自动隔离；安全部顶的喷淋系统 自动喷淋冷水，降低安全壳的温度和 压力；消氢系统投入工作， 除去可能引起爆炸的氢气。 质量保证体系 核电站有着严密的质量保证体系。对选址、设计、建造、 调试 和运行等各个阶段的每项具体活动都有单项的质量保证大纲。 另外，还实行内部和外部监查制度，监督检查质量保证大 纲和
• 此外为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒 之间插进一些镉棒。镉吸收中子的能力很强，当反应过 于激烈俚，使镉棒插入深一些；当反应过于缓慢，达不 到所需功率时，使镉棒插入浅一些。镉棒叫控制棒。 压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件， 吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发 生器，在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽 送去发电， 而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽 发生器出来的主冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷 却剂的这一循环通 道称为一回路，一回路高压由稳压 器来维持和调节 核能电厂与一般火力电厂最主要的差别在于发电所需的 热功率来源的不同。由于核能发电是属高能量密度能源 的使用，如何有效、安全的将分裂所放出大量的热，经 由冷却剂带出是整个核反应堆设计的重点。
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众所周知，能源是一个国家国民经济的重要 基础之一，是国民经济可持续发展的强有力的保 证。人类进化发展的过程，是一部不断向自然界 索取能源的历史。从我们的祖先钻木取火开始， 人类在与大自然斗争的漫长过程中，利用各种能 源，不断提高自己战胜自然的本领，推动着文明 的进步。现代社会中能源的人均消费已经成为衡 量一个国家发展程度和人民生活水平高低的重要 标志之一。按现在的能源消耗，世界上的石油、 天然气和煤等生物化石能源将在几十年至200年 内逐渐耗尽这些地区及我国经济发展的巨大障碍。 煤、石油、天然气是重要的华严重 地污染了环境，危及生态平衡。因此我国迫切需 要一种新能源---- 核能。