核能利用與發展趨勢學校：東北農業大學學院：工程學院班級：機化1302學號：姓名：

核能利用與發展趨勢Unclearenergyutilizationanddevelopmenttrend摘要核電是一種清潔、安全、技術成熟、供應能力強、能大規模應用的發電方式，目前，我國核電已由起步進入發展階段，具有自主設計建造第一代核電的能力，我國已做出積極推進核電發展的重大決定，加快我國核電建設，提高核電在電力供給中的比重，這將有助于緩解電力增民與交通運輸的矛盾，核能利用的發展前景將越來越廣闊。關鍵詞核能利用前景核能發展核電1.核電概述核能的發展和利用是20世紀科技史上最杰出的成就之一。它通過轉化其質量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特·愛因斯坦的方程E=mc2，該方程式表明，質量和能量是等價的，其比例常數為光速的平方。在核能的利用中，核電廠的發展是相當迅速的，己被公認為是一種經濟、安全、可靠、干凈的能源，核動力技術在多數發達國家得到了巨大發展，也在很多發展中國家獲得了廣泛的認可。根據能源需求和能源生產結構，我國政府己制定了積極發展核電的方針，建設了秦山和大亞灣兩大核電基地，中國核電建設的安全策略取得了成功。2.核能發電核能是原子核結構發生變化是釋放出來的能量。目前人類利用核能主要有三種——重元素的原子核發生裂變和輕元素的原子核發生聚合反映時釋放出來的核能或是原子核自發射出某種粒子而變為另一種核的過程，它們分別為核裂變能、核聚變能和核衰變。2.1核裂變能核裂變，又稱核分裂，是指由較重的\o"原子"原子，主要是指\o"鈾"鈾或\o"钚"钚，分裂成較輕的（原子序數較小的）原子的一種核反應形式。\o"原子彈"原子彈以及\o"核電廠"裂變核電站的能量來源都是核裂變。早期原子彈應用钚-239為原料制成。而鈾-235裂變在核電廠最常見。重核\o"原子"原子經中子撞擊后，分裂成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個\o"中子"中子。釋放出的\o"中子"中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成\o"鏈式反應"鏈式反應而自發分裂。原子核與質子數（Z）的比例（N/Z）偏大，均處于β穩定線的豐中子一側，因此要經歷一系列的β衰變而變成穩定核（見遠離β穩定線的核素）。這就是裂變碎片的β衰變鏈。在β衰變過程中，有些核又可能發出中子，這此中子稱為緩發中子。以上就是一個激發核裂變的全過程。

2.2核聚變能由兩個或兩個以上氫原子核（如氫的同位素—氘和氚）結合成一個較重的原子核，同時發生質量虧損釋放出巨大能量的反應叫做核聚變反應，其釋放出的能量稱為核聚變能。核聚變反應堆是一種滿足核聚變條件從而利用其能量的裝置。從目前看實現核聚變有2種方法，一種是使用托卡馬克裝置實現，托卡馬克是一環形裝置，通過約束電磁波驅動，創造氛、氖實現聚變的環境和超高溫，實現對聚變反應的控制;另一種方式是通過高能激光的方式實現。第一種方式已于20世紀90年代初實現，目前正在進行工程設計;第二種方式已接近突破的邊緣。由于核聚變是在極高的溫度下完成的，所以又常稱其為熱核反應。2.2.1核聚變原理及過程物質在低溫狀態下是固態，隨著溫度的升高會出現液態、氣態，氣態的物質被繼續加熱會出現等離子狀態，即在幾萬℃以上時，氣體將全部發生電離，變成帶正電的離子和帶負電的自由電子。這種等離子體被約束在托卡馬克裝置的環形室腔體內不與腔壁接觸，加熱電流繼續在這一環形室中流動，與電流方向一致的強大外磁場保證了等離子體的穩定。當等離子體被加熱到℃以上，滿足(式中n為氛氖等離子體密度，;為等離子體維持的時間，s)時，就會發生輕原子核轉為重原子核的核聚變反應(),1個氛和1個氛聚變為1個氦核、放出1個中子(能量為14MeV)，伴隨著這一反應放出17.6MeV的巨大能量。現在人類實現可控核聚變所使用的輕核只有氛與氖。在托卡馬克裝置上，當放出的能量大于輸人的能量、并足以加熱下一次添加的氖氖并繼續聚變反應時，這種條件稱為可控核聚變的“點火”條件。實現核聚變的“點火”有三大難題要解決，一是如何把等離子體加熱到℃以上;二是如何使等離子體不與裝它的容器相碰，否則等離子體要降溫，容器要燒毀;三是防止雜質混人等離子體，因雜質會增加輻射而使等離子體冷卻。聚變反應堆主要的部件包括高溫聚變等離子體堆芯、包層、屏蔽層、磁體和輔助系統等。2.3核衰變能核衰變是原子核自發射出某種粒子而變為另一種核的過程。認識原子核的重要途徑之一。1896年法國科學家A.H.貝可勒爾研究含鈾礦物質的熒光現象時，偶然發現鈾鹽能放射出穿透力很強可使照相底片感光的不可見射線，這就是衰變產生的射線。除了天然存在的放射性核素以外，還存在大量人工制造的其他放射性核素。放射性的類型除了放射α、β、γ粒子以外，還有放射正電子、質子、中子、中微子等粒子以及自發裂變、β緩發粒子等等。2.3.1常見的放射性核衰變類型 科學研究表明，穩定性核素對核子總數有一定限度（一般為A≤209），而且中子數和質子數應保持一定的比例（一般為N/Z=1～1.5，也有個別例外）。任何含有過多核子或N/Z不適當的核素，都是不穩定的。A≥209的核素，即元素周期表中釙（Po）之后的所有元素的核素都具有放射性（釙之前的元素，有的核素也具有放射性），它們或是自發地放射出α射線（即He核），而轉變成A較小的新核；或是因核素的N/Z不適當，其核內的中子與質子會自發地相互轉變，從而改變N/Z的值，并同時放出一個β-（或β+）粒子。核素衰變后產生的新核幾乎都是處在激發態，這樣的核或是自發地放射出γ光子而轉變到基態或較低能態，或是繼續進行α衰變（或β衰變），直到變成一個穩定的核素為止。放射性核衰變的類型有α衰變、β衰變和γ衰變三種，分別放出α射線、β射線和γ射線。1）α衰變放射性核素放射出α粒子后變成另一種核素。子核的電荷數比母核減少2，質量數比母核減少4。α粒子的特點是電離能力強，射程短，穿透能力較弱。2）β衰變β衰變又分β-衰變、β+衰變和軌道電子俘獲三種方式。(1)β-衰變放射出β-粒子（高速電子）的衰變。一般地，中子相對豐富的放射性核素常發生β-衰變。這可看作是母核中的一個中子轉變成一個質子的過程。(2)β+衰變放射出β+粒子（正電子）的衰變。一般地，中子相對缺乏的放射性核素常發生β+衰變。這可看作是母核中的一個質子轉變成一個中子的過程。(3)軌道電子俘獲原子核俘獲一個K層或L層電子而衰變成核電荷數減少1，質量數不變的另一種原子核。由于K層最靠近核，所以K俘獲最易發生。在K俘獲發生時，必有外層電子去填補內層上的空位，并放射出具有子體特征的標識X射線。這一能量也可能傳遞給更外層電子，使它成為自由電子發射出去，這個電子稱作“俄歇電子”。3）γ衰變和內變換(1)γ衰變處于激發態的核，通過放射出γ射線而躍遷到基態或較低能態的現象。γ射線的穿透力很強。γ射線在醫學核物理技術等應用領域占有重要地位。(2)內變換有時處于激發態的核可以不輻射γ射線回到基態或較低能態，而是將能量直接傳給一個核外電子（主要是K層電子），使該電子電離出去。這種現象稱為內變換，所放出的電子稱作內變換電子。3.我國電力現狀及發展趨勢目前人類已耗用了的能源總量近3000億噸標準煤，自1973年以來，從地球開采的石油近5000億桶(約合800億噸),剩下的石油按現有生產水平計算，還可保證開采40年。天然氣也只能持續開采50年，石油、煤和天然氣資源都正在快速地走向枯竭，并且化石能源的過度應用還導致了等氣體大量積累，形成了溫室效應。因此尋找一種既能替代化石能源又不影響人類生存環境的能源是各國多年來的努力目標。在新能源中，水能、太陽能、風能、地熱能等雖然具備一定的條件，但這些能源不是儲量太少就是屬于間竭能源，只有核電具備潛力巨大、能大規模、全天候為人類長期提供所需能源的能力。中國能源結構仍以煤炭為主體，清潔優質能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。到2050年，根據不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國電力總裝機容量的10%）。中國國家發展改革委員會正在制定中國核電發展民用工業規劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000MW。從核電發展總趨勢來看，中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確并正在執行，當前發展壓水堆，中期發展快中子堆，遠期發展聚變堆。具體地說就是，近期發展熱中子反應堆核電站，為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環的技術路線，中期發展快中子增殖反應堆核電站，遠期發展聚變堆核電站，從而基本上“永遠”解決能源需求的矛盾。4.結束語核能替代化石能源的前景及環保上的優越性是有目共睹的。但近年來由于發達國家經濟的轉型，常規能源利用率的提高和人們對核事故的恐懼，總體上發達國家核電在下滑。迫于民眾的壓力，一些國家已表示不再發展核電，如意大利、德國等。發展中國家出于從能源供應的可靠性和國家的安全考慮，正在穩步地發展核電。核聚變反應堆現在正進行國際合作，預測在2025年可建成示范性聚變堆，真正的商業化將在2040年后實現。50年后，人類將真正進入沒有任何核污染、燃料來源難以窮盡的核文明時代，屆時人類將再不用為能源和利用能源對環境造成的危害擔憂，生存條件會越來越好。石油、煤炭、天然氣和和鈾礦這些礦物能源儲量面臨枯竭。現在的青少年，在他們老之將到時，很可能就會目睹，原野里那些曾經日夜勞作的抽油機在凄風苦雨而中逝去。再過幾代的人們，什么煉油廠、輸油管道、燃煤電廠、……，對于他們來說，就會成為昨天的故事。人類應該未雨綢繆，不要待礦物能源用盡之后再作反應。未來能源結構必定是多能互補，各顯其能的時代。現階段就應該加快提高新能源和可再生能源在能源結構中的比例。新能源和可再生能源由于污染少甚至無污染，對環境保護十分有利。我們只有一個地球，為了天更藍、地更綠、水更清，大家多選用清潔的新能源吧！各級政府應再加大扶持力度，行業組織再加大產業政策和信息宣傳，使新能源和可再生能源利用不斷躍上新臺階。積極培育市場、規范市場、激勵市場。積極利用全球環境基金、世界銀行、亞行貸款和國際援助，加強技術交流，學習國外先進經驗，促進新能源和可再生能源發展。新能源和可再生能源產業龐大，穩步增長，前途無限，存在令人鼓舞的商業機會，愿更多的金融投資者和企業家關注新能