1、核能消防1 化學與社會化學與社會 Chemistry and Society 化學化工系化學化工系 核能消防2 第十三講 核能及消防 核能消防3 能源分類 一次能源 二次能源 常規能源 新能源 煤制品洗煤，焦炭，煤氣 石油制品汽油，煤油，柴油 燃料油，液化石油氣 電力，氫能，余熱，沼氣，蒸氣等 可再生能源水能 非再生能源如煤炭，石油 天然氣，核裂變燃料 可再生能源太陽能， 風能，生物質能 非再生能源核聚變燃料 油頁巖，油砂 核能消防4 核能核能1 火災的消防火災的消防2 核能消防5 13.1. 核反應核反應 原子核 1H 16O A. 原子結構示意圖 電子 電子軌道行徑距離為原子核直徑的 10

2、,000 倍 核能消防6 -104090140190240 質量數質量數 0 2 4 6 8 10 束縛能/核子電子伏特束縛能/核子電子伏特 氘 氚 氦 鐵 鈾235 核能消防7 中子 核 XA核XA+1 復合暫態 核XA 中子 彈性碰撞 (n,n) 核XA 激發狀態 中子 非彈性碰撞 (n,n) 核XA+1 (活化產物) 伽馬射線 輻射吸收 (n,gamma) 核XA1 核XA2 2 3 中子 核分裂 (n,f) 中子與原子核作用分類示意圖 B. 核反應示意圖 核能消防8 235U 中子 中 子 235U 137Ba 96Kr + 193.6百萬電子伏能量 核裂變示意圖 核能消防9 2D2D

3、 3T 1H + 4.02百 萬電子伏能 量 核聚變 核聚變示意圖 核能消防10 核核核質量核質量/u質量虧損質量虧損/u核結合能核結合能/J 4He 4.001500.0304-4.5369 x -12 56Fe 56.449380.52872-7.89062 x -11 235U 239.93561.935-2.8882 x -10 三種核的質量虧損和結合能 結合能越大的核就越穩定，使它分裂成單 個核子就需要更高的能量 2 cmE 核能消防11 13.2. 核能的利用核能的利用 A. 原子彈 核能消防12 1949年8月,蘇聯進行了原子彈試驗。 1952年11月，美國進行了以液態氘為熱核燃

4、料的氫彈 原理試驗，但該實驗裝置非常笨重,不能用作武器。 1953年8月，蘇聯進行了以固態氘化鋰6為熱核燃料的 氫彈試驗,使氫彈的實用成為可能。 1954年2月美國進行了類似的氫彈試驗。 50和60年代，英國、法國各自先后進行了原子彈與氫 彈試驗 1964年10月16日，首次原子彈試驗成功。 1966年12月28日，小當量的氫彈原理試驗成功； 1967年6月17日成功地進行了百萬噸級的氫彈空投試 驗。 核能消防13 1977年美軍試爆中子彈成功，卡特總統便以之為 政治武器，希望逼前蘇聯裁軍，保證不侵犯西歐。 但到了1978年4月，卡特在國內外各種壓力下，推 遲了生產計劃，改為只生產中子彈部件。

5、 1980年法國試爆了中子彈 沒過多久，前蘇聯也有了中子彈 著名核子物理學家王淦昌，提出激光核聚變理論， 80年代初，建造了用于激光聚變研究的裝置， 80年代末期成功試爆中子彈。 核能消防14 中子彈的特點： 一是早期核輻射效應強。 二是爆炸釋放的能量低。 三是放射性沾染輕，持續時間短。 核能消防15 B. 醫療衛生 核能消防16 核能消防17 核能消防18 全身伽瑪刀 核能消防19 C. 核能源供應 核能消防20 核能發電示意圖 鍋 爐 冷 凝 器 冷卻海水 渦輪機 發 電 機 蒸 汽 機 械 泵 核能消防21 核能消防22 核能消防23 核能消防24 能源密度 燃料生產電力 一噸煤2070

6、度 一桶石油 580度 一立方尺天然氣 0.1度 一顆核燃料丸2044度 核能消防25 核能消防26 1010億瓦燃煤電廠燃煤需求量及其所產生污染億瓦燃煤電廠燃煤需求量及其所產生污染 燃煤電廠 氮氧化合物全年 生成量相當於 20萬輛 排放量 每年燃煤消 耗量210 300萬噸 核能消防27 營運費用 能源別燃料其他維護折舊後端營運利息合計 核能 11.7714.3111.799.1617.002.5566.58 燃煤 49.719.546.8617.682.4486.23 燃油 165.2910.1410.326.012.80194.56 天燃氣 217.2513.048.0834.752.1

7、0275.22 慣常水力 53.0232.34119.1026.25230.70 複循環 158.346.0913.1638.713.47219.77 風力 21.4244.34142.9015.75224.41 全公司 56.1338.258.7518.034.012.85128.02 核能消防28 billion kilowatt-hours 各國核能發電量(2003) 核能消防29 Source: International Atomic Energy Agency 各國核能發電占比 (2003) 核能消防30 發達世界：24個國家和地區（包括臺灣和香港）。先進的發展中世界：47個國家和

8、地區（包括中國，巴西， 阿根廷等）。一般的發展中世界：13個國家和地區（印度，巴基斯坦，菲律賓等） 2003年MIT發表的多學科研究報告“核能的未來”預測2050年 核電達到1000-1500GWe 2000年2050年：1000-1500 GWe 人均電力 消費(kWhr) 核電等價裝 機(GWe) 核發電量 占的份額 人均電力 消費(kWhr) 核電等價裝機 (GWe) 核發電量 占的份額 發達世界888822023%15659593-92133-51% 先進的發 展中世界 1445102.2%4234183-35812-24% 一般的發 展中世界 47122.1%2850126-2511

9、5-29% 前蘇聯39252418%611849-7727-42% 美國127858220%21026286-47730-50% 日本74253131%1221261-9140-60% 韓國54361138%698026-3750-70% 中國9461.41%4000100-20015-30% 核能消防31 a. 熱污染較火電廠嚴重 b. 排放微量的放射性物質 c. 產生放射性廢料 d. 民眾對安全的疑慮 核能消防32 核能消防33 核能核能1 火災消防火災消防2 核能消防34 央視新大樓北配樓發生火災 核能消防35 2010年年11月月15日上海火災日上海火災 核能消防36 2008年1月2

10、日，烏魯木齊德匯國際廣場火災現場。 核能消防37 2010年年11月月13日清華學堂古建筑火災日清華學堂古建筑火災 核能消防38 A. 火災產生條件 B. 化學自燃 C. 火災消防原理 D. 消防救援知識 核能消防39 A. 火災產生條件 火區的溫度較高，使其中白熾的固體粒子和某 些不穩定(或受激發)的中間物質分子內電子發生能級 躍遷，從而發出各種波長的光。發光的氣相火區就 是火焰，它的存在是火過程中最明顯的標志。由于 不完全燃燒等原因，會使產物中混有一些微小顆粒， 這樣就形成了煙。 現在，人們發現很多火反應不是直接進行的， 而是通過游離基團和原子這些中間產物在瞬間進行 的循環鏈式反應。這里，

11、游離基的鏈鎖反應是火反 應的實質，光和熱是火存在過程中的物理現象。 火災的本質 核能消防40 從本質上講，火反應是一種氧化還原反應，它 服從于化學動力學、化學熱力學的定律以及其他自 然的基本定律（質量守恒、能量守恒），但其放熱、 發光、發煙、伴 有火焰等基本特征表明它不同于 一般的氧化還原反應。如果火反應速度極快，則因 高溫條件下產生的氣體和周圍氣體共同膨脹作用， 使反應能量直接轉變為機械功， 在壓力釋放的同 時產生強光、熱和聲響，這就是所謂的爆炸。它與 一般的火沒有本質差別，主要區別在于物質的反應 速度，一定條件下，兩者可以互相轉化。 核能消防41 a. 可燃物(還原劑) 凡是能與空氣中的氧

12、或其它氧化劑起火反應的物質， 均稱為可燃物。如氫氣、乙炔、酒精、汽油、木材、紙 張、塑料、橡膠、紡織纖維、硫、磷、鉀、鈉等。 火形成的必要條件 b. 助燃物(氧化劑) 凡是與可燃物結合能導致和支持火存在的物質，都叫 做助燃物。如空氣(氧氣)、氯氣、氯酸鉀、高錳酸鉀、 過氧化鈉等。空氣是最常見的助燃物，一般情況下，可 燃物的燃燒都是指在空氣中進行的。 c. 點火源 凡是能引起物質產生火的點燃能源，統稱為點火源。 如明火、高溫表面、摩擦與沖擊、自然發熱、化學反應 熱、電火花、光熱射線等。 核能消防42 a. 一定的可燃物濃度 可燃氣體或蒸氣只有達到一定的濃度時才會產生火。 如，氫氣的濃度低于4%時

13、，不能被點燃；煤油在 20時，接觸明火也不能產生火。 火形成的充分條件 b. 一定的含氧量 可燃物產生火所需要的最低含氧量。 c. 一定的著火能量 即能引起可燃物質燃燒的最小著火能量。 d. 相互作用 火存在的三個基本條件需相互作用，火才能發生和 持續進行。 核能消防43 核能消防44 B. 化學自燃 自燃 連續加熱，盡管沒有與明火接觸，但當溫度升高 至某一溫度時，發生燃燒的現象稱為自燃，此時的溫 度稱為自燃點 金屬K 或Na等遇水或水蒸氣會發生自燃 2K + 2H2O = 2KOH + H2 + Q 白磷30oC時發生自燃 4P + 5O2 = 2P2O5 + Q 核能消防45 C. 火災消

14、防原理 防火基本原理 防止火存在三個基本條件中的任何一條，都 可以防止火災的發生。一切防火技術措施都包括 兩個方面：一是防止形成火的基本條件產生；二 是避免形成火基本條件相互作用。 核能消防46 a. 控制可燃物 在生活中和生產的可能的條件下，用難燃或不燃材 料代替易燃材料；降低可燃物質（可燃氣體、蒸氣和 粉塵）在空氣中的濃度，如在工廠車間或庫房易產生 可燃氣體 的地方，可采用通風或局部通風，使可燃 物不易積累，從而不會超過最高允許濃度；防止可燃 物質跑、冒、漏、滴；對于那些相互作用能產生可燃 氣體或蒸氣的物品 應加以隔離，分開存放；在森林 中采用防火隔離林等。 核能消防47 b. 隔絕空氣

15、涉及易燃易爆物質的生產過程，應在密閉設備中進行； 對有異常危險的，要充入惰性介質保護；隔絕空氣儲 存某些物質等。 c. 消除點火源 在易產生可燃性氣體的場所，應采用防爆電器；同 時禁止一切火種。 d. 防止形成新火的條件，阻止火災范圍擴大 設置阻火裝置，阻止火焰蔓延；在車間或庫房里筑 防火墻，或在建筑物之間留防火間距，一旦發生火災， 使之不能形成新的燃燒條件，防止擴大火災范圍。 核能消防48 a. 隔離法 隔離法就是將可燃物與著火源隔離開來。如將尚未著 火的可燃物移走，使其與正在燃燒的可燃物分開；斷絕 可燃物來源等，燃燒區得不到足夠的可燃物就會熄火。 滅火基本原理 b. 窒息法 窒息法就是消除

16、燃燒條件之一助燃物（氧氣、空氣 或其它氧化劑），使火停止。常用的措施有：用不燃或 難燃物捂住燃燒物表面；用水蒸氣或惰性氣體灌注著火 的容器；密閉起火的建筑物的孔洞等，使燃燒區得不到 足夠的氧氣而窒息。 核能消防49 c. 冷卻法 冷卻法就是將燃燒物的溫度降至著火點（燃點） 以下，使燃燒停止；或者將臨近著火場的可燃 物溫度降低，避免形成新的燃燒條件。 核能消防50 D. 消防救援知識 火災的分類火災的分類 A類火災：指固體物質火災。這中物質往往具有 有機物性質，一般在燃燒時能產生灼熱的余燼。 B類火災：指液體火災和可熔化的固體火災。如 汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、瀝青等。 C類火災：指氣體火災。如煤氣、天然氣、乙烷、 甲烷、氫氣等。 D類火災：指金屬火災