核能技術(shù)與新材料

1、核能技術(shù)與材料應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)12-01 12-01 楊艷杰楊艷杰1 1 核能的發(fā)展史核能的發(fā)展史19世紀(jì)末，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子；1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)了天然鈾的放射性；1898年，居里夫人又發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釙和鐳；1902年，她經(jīng)過(guò)4年的艱苦努力成功分離出毫克級(jí)的高純鐳；1905年，愛(ài)因斯坦提出了著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式Emc2；1914年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。1932年，英國(guó)物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1938年，德國(guó)科學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。2 2 核能技術(shù)的應(yīng)

2、用一、利用強(qiáng)放射性的核輻照技術(shù)；一、利用強(qiáng)放射性的核輻照技術(shù)；二、利用弱放射性的核影像技術(shù)；二、利用弱放射性的核影像技術(shù)；三、利用人工核反應(yīng)的質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)。三、利用人工核反應(yīng)的質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)。四、給人類帶來(lái)災(zāi)難的核武器。四、給人類帶來(lái)災(zāi)難的核武器。一、利用強(qiáng)放射性的核輻照技術(shù)；一、利用強(qiáng)放射性的核輻照技術(shù)；(1)(1)、在工業(yè)中，利用低能加速器產(chǎn)生的射線進(jìn)行輻射合、在工業(yè)中，利用低能加速器產(chǎn)生的射線進(jìn)行輻射合成和輻射聚合，可以生產(chǎn)出性能良好的產(chǎn)品；成和輻射聚合，可以生產(chǎn)出性能良好的產(chǎn)品；(2)(2)、在農(nóng)業(yè)方面，核輻照技術(shù)主要用于植物育種和殺滅、在農(nóng)業(yè)方面，核輻照技術(shù)主要用于植物育種和殺滅害蟲及

3、農(nóng)產(chǎn)品保藏害蟲及農(nóng)產(chǎn)品保藏( (延遲發(fā)芽、抑制的發(fā)芽延遲發(fā)芽、抑制的發(fā)芽) )；(3)(3)、在醫(yī)、在醫(yī)療衛(wèi)生方面對(duì)許多不耐熱藥品進(jìn)行冷消毒殺菌及放射性療衛(wèi)生方面對(duì)許多不耐熱藥品進(jìn)行冷消毒殺菌及放射性治療。治療。二、二、利用弱放射性的核影像技術(shù)；利用弱放射性的核影像技術(shù)；在醫(yī)療（包括口腔、胸腔）診斷中，另一種應(yīng)用在醫(yī)療（包括口腔、胸腔）診斷中，另一種應(yīng)用是放射性治療，放射性治療的原理就是利用加速是放射性治療，放射性治療的原理就是利用加速器產(chǎn)生的粒子束或射線的電離作用，最大程度地器產(chǎn)生的粒子束或射線的電離作用，最大程度地破壞腫瘤細(xì)胞而盡可能少地影響正常組織，其效破壞腫瘤細(xì)胞而盡可能少地影響正常組

4、織，其效果根據(jù)電離作用在人體內(nèi)的深度分布曲線來(lái)判斷。果根據(jù)電離作用在人體內(nèi)的深度分布曲線來(lái)判斷。X X射線在工業(yè)上也有很多應(yīng)用，例如，可以用來(lái)射線在工業(yè)上也有很多應(yīng)用，例如，可以用來(lái)測(cè)量某些物質(zhì)的厚度或勘測(cè)潛在的缺陷。測(cè)量某些物質(zhì)的厚度或勘測(cè)潛在的缺陷。X X射線射線還應(yīng)用于許多科研領(lǐng)域，從生物到天文，特別是還應(yīng)用于許多科研領(lǐng)域，從生物到天文，特別是為科學(xué)家提供了大量有關(guān)原子和分子結(jié)構(gòu)的信息。為科學(xué)家提供了大量有關(guān)原子和分子結(jié)構(gòu)的信息。 三、利用人工核反應(yīng)的質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)。三、利用人工核反應(yīng)的質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)。也就是我們常說(shuō)的和平利用核能，即核電。也就是我們常說(shuō)的和平利用核能，即核電。大亞灣核電站四

5、、給人類帶來(lái)災(zāi)難的核武器。四、給人類帶來(lái)災(zāi)難的核武器。核武器的威力核武器的威力3 3 核電站的定義及發(fā)展核電站的定義及發(fā)展什么是核電站？什么是核電站？核電站是利用核裂變或核聚變反應(yīng)所釋放核電站是利用核裂變或核聚變反應(yīng)所釋放的的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。的的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。目前商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的核能發(fā)電廠都是利用核目前商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的核能發(fā)電廠都是利用核裂變反應(yīng)而發(fā)電。裂變反應(yīng)而發(fā)電。核電站一般分為兩部分：利用原子核裂變核電站一般分為兩部分：利用原子核裂變生產(chǎn)蒸汽的核島（包括反應(yīng)堆裝置和一回生產(chǎn)蒸汽的核島（包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)）和利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島（包括路系統(tǒng)）和利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島（包括汽輪發(fā)

6、電機(jī)系統(tǒng)），使用的燃料一般是放汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)），使用的燃料一般是放射性重金屬：鈾、钚。射性重金屬：鈾、钚。核電站的發(fā)展核電站的發(fā)展第一代核電站第一代核電站20世紀(jì)世紀(jì)50年至年至60年代初，蘇聯(lián)、美國(guó)等建造了第年代初，蘇聯(lián)、美國(guó)等建造了第一批單機(jī)容量在一批單機(jī)容量在300MWe左右的核電站，如美國(guó)左右的核電站，如美國(guó)的希平港核電站和英第安角的希平港核電站和英第安角1號(hào)核電站，法國(guó)的號(hào)核電站，法國(guó)的舒茲核電站，德國(guó)的奧珀利海母核電站，日本的舒茲核電站，德國(guó)的奧珀利海母核電站，日本的美浜美浜1號(hào)核電站等。號(hào)核電站等。第二代核電站第二代核電站20世紀(jì)世紀(jì)70年代，因石油漲價(jià)引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)年代，因

7、石油漲價(jià)引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了核電發(fā)展，世界上已經(jīng)商業(yè)運(yùn)行的了核電發(fā)展，世界上已經(jīng)商業(yè)運(yùn)行的400多臺(tái)機(jī)多臺(tái)機(jī)組大部分在這段時(shí)期建成，稱為第二代核電機(jī)組。組大部分在這段時(shí)期建成，稱為第二代核電機(jī)組。第三代核電站第三代核電站第四代核能系統(tǒng)第四代核能系統(tǒng)第四代核能系統(tǒng)將滿足安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展、第四代核能系統(tǒng)將滿足安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展、極少的廢物生成、燃料增殖的風(fēng)險(xiǎn)低、防止核擴(kuò)極少的廢物生成、燃料增殖的風(fēng)險(xiǎn)低、防止核擴(kuò)散等基本要求。散等基本要求。4 4 核反應(yīng)堆的原理核反應(yīng)堆的原理反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)就在其中進(jìn)行。反應(yīng)堆種類很多，核電站

8、中使用最多其中進(jìn)行。反應(yīng)堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。的是壓水堆。壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大的燒結(jié)二氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百的燒結(jié)二氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起，成為燃料多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起，成為燃料組件。大多數(shù)組件中都有一束控制棒，控制著鏈組件。大多數(shù)組件中都有一束控制棒，控制著鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的強(qiáng)度和反應(yīng)的開(kāi)始與終止。式反應(yīng)的強(qiáng)度和反應(yīng)的開(kāi)始與終止。壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動(dòng)下流過(guò)燃料壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動(dòng)下流過(guò)燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應(yīng)

9、堆，組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應(yīng)堆，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器， 在那里把熱量傳給二次側(cè)的在那里把熱量傳給二次側(cè)的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電，水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電， 而主冷卻劑本而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發(fā)生器出來(lái)的主身的溫度就降低了。從蒸汽發(fā)生器出來(lái)的主 冷冷卻劑再由主泵送回反應(yīng)堆去加熱。冷卻劑的這一卻劑再由主泵送回反應(yīng)堆去加熱。冷卻劑的這一循環(huán)通道稱為一回路，一回路高壓由穩(wěn)壓器來(lái)維循環(huán)通道稱為一回路，一回路高壓由穩(wěn)壓器來(lái)維持和調(diào)節(jié)。持和調(diào)節(jié)。5 5 核廢料和熱污染是兩大難題核廢料和熱污染是兩大難題目前，大部分處理手段是將核廢料進(jìn)行固化后，目前，大部分處理手段是將核廢料進(jìn)行固化后，暫存在核電廠內(nèi)的廢物庫(kù)中，經(jīng)過(guò)暫存在核電廠內(nèi)的廢物庫(kù)中，經(jīng)過(guò)5 51010年后運(yùn)年后運(yùn)往國(guó)家規(guī)劃的放射性廢物庫(kù)貯存或處理。但到現(xiàn)往國(guó)家規(guī)劃的放射性廢物庫(kù)貯存或處理。但到現(xiàn)在為止，還沒(méi)有一個(gè)國(guó)家能夠找到安全、永久處在為止，還沒(méi)有一個(gè)國(guó)家能夠找到安全、永久處理高放射性核廢料的辦法。但核廢料無(wú)法處理僅理高放射性核廢料的辦法。但核廢料無(wú)法處理僅僅意味著無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)消滅，其本身在儲(chǔ)存過(guò)僅意味著無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)消滅，其本身在儲(chǔ)存過(guò)程中的安全性還是有保障的。程中的安全性還是有保障的。核電站