《核能.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核能.ppt（19页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、核能,在一节只能烧几分钟的树枝中所蕴藏的核能， 足以把一盏一百瓦的灯泡点亮一百万年 。 宇宙与人,核裂变与 核反应堆,反应堆是维持可控链式核裂变反应的装置，裂变产生的核能在其中转换成热能，就像炉子一样，不过内部烧的是原子核，因此更确切的名字应该称为原子炉。之所以称为反应堆是因为最初的裂变反应器是将可裂变材料放在由石墨堆砌的“堆”中而采用的名字。,核反应堆原理,核反应堆原理,自持式链式裂变反应 每次裂变放出的能量有限，如何保证在短时间内获得大量能量，就像核爆炸或核反应堆那样呢？办法是使大量铀核在短时间内裂变并能维持。费米是第一个实现链式反应的科学家。他注意到铀-235分裂时不仅能放出200兆电子
2、伏的能量，同时还放出几个中子。这些中子有可能引起其它铀核分裂。这种重核在不靠外界作用就可能连锁式的引起其它核素的裂变反应称为自持式链式裂变反应。要维持自持式链式的反应，同是否能得到足够的用于裂变的中子数量有关。,核反应堆原理,并不希望链式反应以爆发性的形式发生，而希望核能可以平缓地释放出来。只有控制发生裂变的中子数，才能达到控制裂变反应速度的目的，该方法称为可控链式裂变反应，这就是核电站核芯中发生的情况。,核反应堆原理,核反应堆的安全性,防护墙 反应堆中有很强的中子流和射线。为了保证工作人员的安全，在反射层的外面除套一金属外壳外，还要用厚度为12m以上的混凝土墙进行屏蔽。有时在金属外壳和混凝土
3、墙之间还加一层水，以防中子外泄（因为水吸收中子的能力很强)。,核反应堆的应用,(1) 获得核能，发电 (2) 科学研究和放射性核素的生产 (3) 生产新的裂变材料 232Th、238U在地壳中的数量很多(与235U相比)，但它们不能直接作裂变材料。若把它们放入反应堆中经中子照射便可将它们转换成233U和239Pu。 233U和239Pu用作反应堆的裂变材料也可以用来制造原子弹。另外，在反应堆中还可以获得许多超钚元素，其中很多具有很好的裂变性能，例如245Cm，249Cf，251Cf和242Am等有可能作为宇宙飞船的小型反应堆的裂变材料。,核燃料铀的世界储量,不过，与原油、煤炭或天然气相比，原子
4、能电站所用的燃料铀235的储量是有限的，这意味着他们将有耗尽的一天。这就提出了一个简单的问题：天然铀储量能持续使用多久时间？ 对天然铀的年需求量，目前约为6.8万吨左右。然而，从采矿作业而来的每年的铀产量，约为5万吨，仅占总需求量的四分之三。 这一缺口由铀的库存得以满足，从使用燃料棒的再处理，以及从退役发电站回收铀来解决。 德国联邦地球科学和自然资源学会（Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe; BGR）认为，这种状况将在未来二十年内持续下去。 BGR的研究人员在其能源研究中估计，铀的储量约为170万吨，铀的提取费用小于40美元/吨。
5、 在目前的消费速率下，这将意味着，我们有足够的铀矿储量，可供使用超过200年。这些储藏大部分位于澳大利亚（40%），其次在加拿大（15%）、哈萨克斯坦（13%）、巴西（8%）和南非（6.5%）。,核裂变的优越性,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。 2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 4.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，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运 送
6、。 5.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。,受控热核聚变,如果把1000克氢原子中千分之7的物质转换成能量 就相当于4000吨石油和6000吨煤 宇宙与人,核聚变,热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的氢原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但目前尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是目前在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反
7、应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。,核聚变的应用,1、可控核聚变的发生条件 产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应来给太阳系带来光和热，其中心温度达到1500万摄氏度，另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应，而地球上没办法获得巨大的压力，只能通过提高温度来弥补，不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受，只能靠强大的磁场来约束。此外这么高的温度，核反应点火也成为问题。不过在2010年2月6日，美国利用高能激光实现核聚变点火所需条件。中国也有“神光2”将为我国的核聚变进行点火。,核聚变的应用,2、核聚变
8、的反应装置 目前，可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。 托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。 托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。 我国也有两座核聚变实验装置。,核聚变的应用,EAST全超导非圆截面核聚变实验装置,磁约束核聚变,核聚变,目前主要的
9、几种可控核聚变方式： 超声波核聚变 激光约束核聚变 磁约束核聚变,磁约束核聚变,磁约束就是用磁场来约束等离子体中的带电粒子使其不逃逸的方法。所谓“场”，就是物质与物质相互作用的空间，相互作用力通过场来传递。磁场就是磁力作用的空间。人们用一种假想的“磁力线”描述磁场，磁力线的方向就是磁场的方向，磁力线的密疏代表磁场的强弱，即磁场强度的大小。带电粒子不能横越磁力线运动，所以带电粒子在垂直于磁场的方向上被约束住了，但仍可在沿着磁力线的方向上自由运动，并未被约束住，可以用两种方法对沿磁场方向运动的带电粒子进行约束。一种方法是在恒定均匀磁场区域的每一端增加磁场强度，使这个地方的磁力线非常密，速度不够大的带电粒子通不过它而被反射回去，这样就形成了一个“磁瓶”。另一种方法是使磁力线弯曲成环形，磁场没有终端，带电粒子沿着磁力线做环形运动，也就被约束住了。,磁约束核聚变,核聚变的优越性,（1）.核聚变释放的能量比核裂变更大 （2）.无高端核废料 （3）.可不对环境构成大的污染，而且反应过程容易控制，核事故风险 极低！ （4）.燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨（每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油）,