核能的利用及其危害

核能的利用及其危害

山东科技大学理学院应用物理学10-1 张开庆

摘要：核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，核能通过三种核反应之一释放：核裂变，打开原子核的结合力。核聚变，原子的粒子熔合在一起，核衰变，自然的慢得多的裂变形式。同时核能在利用上有三种使用方式：随着世界能源的消耗，能源危机成为世界各国所面临的一大重大难题，世界各国都在寻找新能源来接军能源危机，包括太阳能、风能、等能源，而大多数能源都只是在短时间内解决能源问题，而核能由于其储量大，清洁等特点而被各国使用，但是核能在解决各国能源危机的同时，也对环境与社会产生各种危害，能否正确的利用核能闲的尤为重要，在合理利用核能的同时，也要尽量减少核能对我们环境与社会造成的危害。

1核能的利用方式

1）发电

核能发电利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它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，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

。

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除

去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它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个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。

2）核武器

核武器是指包括氢弹、原子弹、中子弹、三相弹、反物质弹等在内的与核反应有关的巨大杀伤性武器。

核武器，利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括裂变武器（第一代核武，通常称为原子弹）和聚变武器（亦称为氢弹，分为两级及三级式）。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素，以增大辐射强度扩大污染，或加强中子放射以杀伤人员（如中子弹）。核武器也叫核子武器或原子武器。

核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。核武器的出现，对现代战争的战略战术产生了重大影响

3）核动力

核动力是利用可控核反应来获取能量，从而得到动力，热量和电能。因为核辐射问题和现在人类还只能控制核裂变，所以核能暂时未能得到大规模的利用。利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的大部分潜艇及航空母舰都以核能为动力。

2 核能的优点

1）.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳，核能的是其被广泛使用的前提。

2）核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途

世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，世界上铀的储量约为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。核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点，其一核燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍

3）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，运输与储存都很方便，。

由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近

同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境。而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。

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。

3 核能的缺点

1）要产生核能必须完成核裂变链式反应。核裂变一旦失去控制，就会产生对人体和环境有巨大危害的中子和放射性物质。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。有些环保人士就认为，和其他可再生能源相比，核能并不是一种安全的能源。

2）使用过的核燃料，虽然所占体积不大，却具有极强放射性，一旦处理不当，就很可能对环境生命产生致命的影响。刚从核反应堆出来的核废料可在不到一分钟的时间内致死。核废料的放射性不是一般的物理、化学或是生物方法可以消除的，只能靠其中放射性核素自身的衰变而减少。而这些

放射性核素的半衰期长达几万甚至几百万年，所以这个过程是非常漫长的。随着全球核电站的数量不断增加，核废料对自然环境的威胁越来越大。如何安全永久地处理核废料将是全球科学工作者面临的重要课题。[8]

3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。另外，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里，故核能电厂的热污染较严重。

4）兴建核电厂较易引发政治歧见纷争，由于核能的使用本身就具有争议性，对于国内来说，容易引起人们对政府的不满以及增加人们的恐慌，核电站的兴建有时要求人们背井离乡，不得不离开自己的家园，还会环保人士和政客之间的分歧。对于国际形势来说，还会导致各国之间的关系的紧张。

5）核武器巨大的杀伤力让人不寒而栗。这就对那些没有核武器的国家产生了巨大的威胁，对全人类的和平发展产生了巨大的威胁。就我国周边朝鲜拥有核武器使得朝鲜半岛的平衡被打破。除此以外，南亚是另外一处核战争的火药桶。印度、巴基斯坦双方事实上存在“安全两难”困境，使得南亚地区仍可能因为对抗失控，引发核战争。另外核武器试验的沉降物也是放射性污染的重要来源。

4 核能的发展前景

1）核能作为一种安全、可靠、清洁、经济的能源,目前已成为一些发达国家的首选,也成为我国能源发展的趋势。[4]目前我国的核电仅占全国能源总量的2%，为配合国家能源结构调整，中国首先要发展的就是核电。我国核电发展的最新目标是：到2010年在运行核电装机容量1200万千瓦；2020年前要新建核电站31座，在运行核电装机容量4000万千瓦；在建核电装机容量1800万千瓦。达到这一目标将意味着，国家今后每年需新开工建设两个百万千瓦级核电机组，需要总投资5000多亿元。

2）近年来，根据世界各国经济建设和社会发展形势预测，由于能源资源缺乏和温室效应使全球变暖的威胁，加上核动力所具有的有益于环境保护的明显优势，将使核电事业蓬勃发展。核能作为先进能源的一种，必将在满足未来能源的需求中起到重要的作用。[5]第三世界经济起飞国家,常规能源生产不能满足经济发展的要求,发电能力需要核电来补充。[6]工业发达国家六七十年代建设的核电站已即将寿终,需要有新的核电来接替。

3）可持续发展战略已为世界许多国家组织和大多数国家所接受,正为防治污染和保护生态环境积极采取措施。例如现正在研究和制订限制二氧化碳等温室气体排放的国际公约及措施。由于核能具有经济性、安全性、无污染性三大优势，发展核能的替代碳基燃料是实施可持续发展战略,防治污染和保护生态环境的现实和有效的措施之一。

4）未来的核能必须是公众可接受的,其公众的接受程度,将成为决定核能发展规模的重要因素之一。核能从六七十年代的高潮时期转入到低潮,除了由于世界经济由高速发展阶段转入平稳发展,对能源、电力需求增长速度