核能應用(完)

1、二、核能應用2014年10月1 核能應用原理 核能的應用 核技術應用目 錄2第 1 章 核能應用原理1.1 什么是核能1.2 核科學技術的發(fā)展3 核能（或稱原子能）是通過轉化原子核質量而從原子核釋放的能量。太陽原子彈爆炸1.1 什么是核能4愛因斯坦能質定理釋放原子能的兩種方法：核聚變（fusion）核裂變（fission）核能的來源5核聚變（Nuclear fusion）指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。 6核聚變的兩大優(yōu)點核聚變能可為人類提供“取之不盡用之不竭”的能源。地

2、球上僅在海水中就有45萬億噸氘，1升海水中所含的氘，經過核聚變可提供相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產生，而海水中也含有大量鋰。核聚變不會產生污染環(huán)境的放射性物質。7核聚變的實現方式聚變反應需要非常高的溫度（上億攝氏度），以克服兩個帶正電的氘核之間的巨大排斥力 目前主要的幾種可控核聚變方式： 超聲波核聚變激光約束（慣性約束）核聚變磁約束核聚變（托卡馬克） 目前，實現受控核聚變還存在許多困難，核聚變能的大規(guī)模和平利用還尚需時日。8全超導

3、非圓截面托卡馬克 中國新一代熱核聚變裝置EAST國際熱核實驗反應堆ITER 負責這一項目的中國科學院等離子體所所長李建剛研究員是我校78級學員 9核裂變（Nuclear fission）又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。一般由重的原子（主要是指鈾或钚）分裂成較輕的原子的一種核反應形式。一個重核吸收一個中子分裂成兩個輕核，同時放出數個中子和一定的能量。常用的易裂變核：U-233，U-235，Pu-239，Pu-24110U-235核裂變反應式U-235每次裂變平均放出2.43個中子。1112核裂變釋放的能量如何使U235原子核中蘊藏的能量釋放出來呢？ 科學家經過實驗和研究發(fā)現，當一

4、個鈾235原子核在吸收了一個能量適中的中子后，這個原子核由于內部不穩(wěn)定而分裂成兩個或多個質量較小的原子核（裂變碎片），這種現象叫作核裂變。每次核裂變可釋放出約200兆電子伏能量和2-3個新的中子。 12核裂變釋放的能量1個U-235原子核裂變平均釋放的總能量：200MeV1kgU-235完全裂變釋放的能量：19,600,000,000 kcal【比較】化石燃料完全燃燒放出的化學能（4.1eV）：1kg標準煤 7,000 kcal1L重油 9,900 kcal1m3天然氣 9,800 kcal1kgU-235裂變釋放的能量相當于2800噸標準煤燃燒釋放的能量1314核裂變鏈式反應裂變反應中放出的

5、中子與其它可裂變核碰撞，引起新的核裂變，放出第二代中子，再引起核裂變反應，放出第三代中子，如此持續(xù)下去的過程。1415維持鏈式反應的條件飛走被吸收，不引起新的裂變被裂變核吸收，引起新的裂變中子數=1，就可使裂變反應持續(xù)下去。自持型中子數1，裂變反應越來越強。發(fā)散型中子數1，裂變反應越來越弱。收斂型1516核能特點及其軍事應用核裂變反應放出巨大的能量；核裂變反應不需要氧氣；核裂變過程伴隨放射性物質的產生。 核裂變能利用的特點 適于作為動力系統；需要采取嚴格的輻射防護措施；運行管理要求很高。1617核動力的軍事應用核能系統潛艇核動力裝置水面艦船核動力裝置空間核能裝置攻擊型核潛艇彈道導彈核潛艇航空母

6、艦巡洋艦驅逐艦核商船空間核電源空間核推進裝置核武器1718原子彈及核爆The mushroom cloud of the atomic bombing of Nagasaki, Japan in 1945 rose some 18 kilometers (11miles) above the bombs hypocenter.181.2 核科學技術的發(fā)展 1896年，發(fā)現放射性 1897年，發(fā)現電子 1905年，建立質能轉換方程 1911年，提出原子核概念 1932年，發(fā)現中子 1938年，發(fā)現核裂變。確定自持鏈式反應19核科學的發(fā)現是人類認識世界的重大進步核科學的應用是人類在20世紀的重要創(chuàng)

7、造2020 第 2 章 核能的應用2.1 核武器 1）核武器種類及原理 2）核武器技術及發(fā)展 3）核武器現狀及未來 21核武器利用原子核反應在瞬間釋放的巨大能量而起殺傷破壞作用的武器。 沖擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和電磁脈沖 原子彈、氫彈，特殊性能彈1）核武器種類及原理22 核武器研制的關鍵問題核材料材料的生產原子彈的臨界質量、臨界與裂變點火的技術途徑、高能炸藥爆轟規(guī)律等氫彈聚變材料的點燃、利用適當的材料和構形實現熱核爆炸等2）核武器技術及發(fā)展23核武器核物理中子物理凝聚態(tài)物理計算物理爆轟與沖擊波物理等離子體物理流體力學輻射輸運理論材料科學與工程加工工藝與制造環(huán)境工程實驗工程診斷技術

8、與工程總體設計工程電子學工程核武器技術：核武器物理 + 核武器工程2）核武器技術及發(fā)展24核武器的投射 洲際彈道導彈 戰(zhàn)略轟炸機 陸、海、空“三位一體” 現代核威懾力量2）核武器技術及發(fā)展25核武器的性能評價及技術發(fā)展方向 比威力 核裝料利用率 干凈化程度 突防能力 可靠性 安全性 生存能力2）核武器技術及發(fā)展核武器分代及新型核武器 26核武器的出現德國 美國 日本核試驗美1056 俄715 英45 法2093）核武器的現狀及未來可部署核彈頭的最新統計美2150 俄2430 英185法、中、印、巴、以、朝2018年前美俄可部署戰(zhàn)略核彈頭限制在1550枚27美 國核武器作用：核威懾、核實戰(zhàn)并重，

9、保持戰(zhàn)略穩(wěn)定， 對盟國延伸保護。使用原則： 拒絕承諾不首先使用核武器，承諾不對締結并遵守NPT無核國家使用核武器。發(fā)展趨勢： 核與非核結合，進攻與防御結合，陸?？仗煲惑w化、信息化作戰(zhàn)，從精確打擊向全球快速打擊發(fā)展。主要機構： 能源部下屬的洛斯阿拉莫斯、勞倫斯里弗莫爾、圣迪亞等3個國家實驗室以及5個核軍工廠3）核武器的現狀及未來28俄羅斯。確保國家安全的最重要因素，維持國際戰(zhàn)略平衡和保持大國地位。放棄“不首先使用”，轉到“先發(fā)制人”的核打擊。主要研究機構是俄羅斯聯邦核中心-全俄試驗物理科學研究院3）核武器的現狀及未來英國。防止?jié)撛谇致哉咄{國家關鍵利益。最低限度核威懾戰(zhàn)略，與美國和北約核戰(zhàn)略聯系

10、緊密。911事件后從強調第二次核打擊能力轉向先發(fā)制人。主要機構是埃德瑪斯頓原子武器院。法國。國家安全與國防政策的基礎，是主權自由發(fā)揮和維護重要利益的保障，是大國地位的象征和體現。主要機構是原子能委員會軍事應用部，負責研制、試驗和生產，下設里梅爾-凡倫頓中心負責核彈頭設計研究。中國。保持有限的核反擊力量，遏制他國可能的核攻擊。不首先使用核武器，自衛(wèi)防御核戰(zhàn)略，在國家遭受核襲擊時，使用導彈核武器或聯合其他軍種核力量，實施反擊。主張全面禁止和徹底銷毀核武器。29不擴散核武器條約NPT 1968年開放，70年生效全面禁止核試驗條約CTBT 1996年聯大通過 核裁軍進程 國際原子能機構（IAEA）的作

11、用 核出口供應集團（NSG）與核出口委員會(Zangger) 國際社會消除核武器的努力3）核武器的現狀及未來 國際熱點核問題 印度、巴基斯坦、以色列、朝鮮的核問題 伊拉克、伊朗、日本的核問題 核走私與恐怖主義威脅 302.2 核 電1）核電站原理2）世界核電發(fā)展的三個階段3）核電站反應堆技術的發(fā)展31定義：裝配了核燃料以實現大規(guī)模可控鏈式核裂變反應的裝置。reactor 反應堆 分類：用途、中子能量、核燃料、慢化劑、冷卻劑。1）核電站原理應用：海、陸、空、天。32 核電站，又稱核電廠，以鈾、钚等作燃料，將裂變反應中產生的能量轉變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電廠。1）核電站原理穩(wěn)壓器反應堆汽輪機主泵蒸汽發(fā)生器發(fā)電

12、機給水泵凝汽器循環(huán)泵控制棒331951年世界第一次核能發(fā)電1954年世界第一座試驗核電站2）世界核電發(fā)展的三個階段試驗示范階段（19461965） 美國，Shippingport 原型壓水堆核電站、Dresden原型沸水堆核電站；蘇聯，100MW原型石墨沸水堆和265MW原型壓水堆；英、法、加、西德等選擇使用天然鈾核電站路線。34高速發(fā)展階段（19661980）歐美日經濟快速發(fā)展，擔心石油供應+核電經濟性，制定龐大核電計劃。美國于19661973年簽約170GW。美國開始大規(guī)模出口經濟性占優(yōu)的濃縮鈾反應堆技術，法、瑞、日、西德等國先后改變技術路線；蘇聯及東歐核電快速發(fā)展；發(fā)展中國家購買核電廠，

13、引進技術。2）世界核電發(fā)展的三個階段滯緩發(fā)展階段（1981）石油危機使經濟發(fā)展減緩；大規(guī)模采用節(jié)能措施；天然氣的大規(guī)模使用；核電經濟性下降；核電管理滯后；核事故的影響。353）核電站反應堆技術的發(fā)展36第3章 核技術應用3.1 概述3.2 工業(yè)3.3 農業(yè)3.4 醫(yī)療3.5 環(huán)保3.6 考古3.7 同輻公司及未來發(fā)展37核技術應用(民用)動力非動力 熱中子（常規(guī)核電，海陸空天） 快中子 同位素 同位素生產 同位素儀表 同位素直接應用反應堆生產加速器生產 輻照 鈷源(） 加速器輻照（電子） 反應堆輻照（中子輻照） 加速器產業(yè) 電子加速器 質子、重離子加速器3.1概述38油田測井技術煙霧報警儀輻照

14、交聯接枝改性輻照輪胎料位計X射線探傷等離子束輻射加工集裝箱檢測等安防系統3.2 工 業(yè)39 輻射育種示蹤劑昆蟲不育技術種子太空照射食品保鮮輻照滅菌3.3 農 業(yè)40同位素造影術腫瘤放射治療放射性診斷醫(yī)學示蹤劑技術消毒滅菌藥物作用機理研究生物醫(yī)學研究 核醫(yī)學3.4 醫(yī) 療41環(huán)境污染分析, PM2.5生活/工業(yè)廢水處理火電廠煙氣脫硫脫硝垃圾處理廠二惡英 3.5 環(huán) 境42碳-14考古年代耶穌基督“裹尸布”的傳說拿破侖死亡之謎三星堆另一支史前文化？ 微量元素的定性及定量測定3.6 考 古43英 國 Isotron輻照公司，Amersham 阿默薩姆（全球同位素藥物標記物等最大的生產商）加拿大 MD

15、S Nordion 諾迪安 （最大的60Co生產商）美 國 Sterigenics輻照公司， Steris Isomedix輻照公司， Canberra 核儀器公司，Raychem（世界首家輻射加工高技術跨國公司）比利時 IBA （世界上最大的輻照加速器成套設備生產公司）中 國 中國同位素與輻射公司同輻技術的發(fā)展趨勢3.7 同輻公司及未來發(fā)展44第4章 核能在世界能源中的地位與作用4.1 為人類提供長期穩(wěn)定的能源4.2 核電是經濟清潔安全的新能源454.1 為人類提供長期穩(wěn)定的能源人類生存發(fā)展面臨能源的嚴峻挑戰(zhàn) 化石燃料資源有限，不可能長期滿足人類生存發(fā) 展需要。 常規(guī)能源有限，幾十或數百年將

16、耗盡！ 直接燃燒化石燃料，給環(huán)境造成嚴重威脅 排放大量有害物質： 一氧化碳、煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳（溫室效應）；三、四苯芘（強致癌）；放射性飄塵（輻射損傷）。 煤污染最嚴重，石油次之，天然氣相對干凈核能為人類生存發(fā)展提供長期穩(wěn)定的能源！464.2 核電是經濟清潔安全的新能源核電的經濟性核電站：建造成本高，燃料成本低 100萬千瓦，每年30噸核燃料（235U消耗 1噸） 煤電站：低能、耗料量大 建造成本低，燃料成本高 100萬千瓦，每年330萬噸優(yōu)質煤 (每天150節(jié)60噸車皮)在一定條件下，核電成本比煤電低 1999年美國核電成本每度1.88美分，煤電是2.07 美分，油電是3.18美分，天然氣是3.52美分。 發(fā)達國家環(huán)保要求，煤電要加脫硫裝置，增加煤電成本。47核電的清潔性沒有化學燃燒、不排放有害物質，對保護環(huán)境有重要意義。世界每年排放200多億噸CO