核能-關(guān)于2013屆本科畢業(yè)生在線調(diào)查發(fā)布的通知

核能核能的發(fā)現(xiàn)

1905年，愛因斯坦提出質(zhì)能方程E=mc^2，揭示了質(zhì)量和能量的聯(lián)系，指出了獲取能量的新途徑。1939年，哈恩和史特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了鈾235的裂變。1942年，費(fèi)米等在芝加哥大學(xué)建成了核反應(yīng)堆。1945年7月16日，世界第一顆原子彈“瘦子”，于在美國(guó)新墨西哥州阿拉莫戈多附近的沙漠地區(qū)進(jìn)行核試驗(yàn)成功。1954年，前蘇聯(lián)建成了世界上的第一座核電站。從此，人類打開了核能利用的大門。核能的優(yōu)點(diǎn)

1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染。

2.核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。

3.核能是高度濃集的能源，又是地球上儲(chǔ)量最豐富的能源。地球上已探明的鈾礦和釷礦所含能量相當(dāng)于有機(jī)燃料的20倍。地球上海水中所含的氘約40萬(wàn)億噸，可供人類使用上萬(wàn)年。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬(wàn)倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一座1000百萬(wàn)瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送。

5.核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國(guó)際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。核裂變核裂變(Nuclearfission)又稱核分裂，是一個(gè)原子核分裂成幾個(gè)原子核的變化。只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾鈾、釷、钚等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個(gè)中子以后會(huì)分裂成兩個(gè)或更多個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)放出二個(gè)到三個(gè)中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……，使過(guò)程持續(xù)進(jìn)行下去，這種過(guò)程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時(shí)，釋放出巨大的能量稱為原子核能。（想像一下我們有很多打開的老鼠夾子，每個(gè)夾子上都有兩個(gè)彈珠，當(dāng)一個(gè)夾子把彈珠彈出去的時(shí)候正好彈到另一個(gè)夾子上，引發(fā)這個(gè)夾子把自己的彈珠彈出去并射到別的夾子上……這樣越來(lái)越多夾子被別的彈珠彈到并彈出自己的彈珠，直到夾子全部關(guān)上。這就是核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的原理。）（這段不放，我自己說(shuō)）裂變反應(yīng)方程式235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n，以上只是典型的兩個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，通過(guò)質(zhì)能方程E=mc^2，我們可以計(jì)算出1g鈾235反應(yīng)可以放出8.1×10^7kJ的能量，相當(dāng)于約2.7×10^6g煤燃燒所放出的能量，可見核能的巨大。核聚變核聚變是指由質(zhì)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(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。原子核中蘊(yùn)藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。典型的聚變反應(yīng)

411H—→42He+20n+1e+2.67×10^7eV21H+21H—→32He+10n+3.2×10^6eV

21H+21H—→31He+11H+4×10^6eV

31H+21H—→42He+10n+1.76×10^7eV盡管核聚變比核裂變發(fā)出的能量還要大，但是目前人類已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出?？茖W(xué)家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。關(guān)于核電站核電站的發(fā)電原理核電站是怎樣發(fā)電的呢？簡(jiǎn)而言之，它是以核反應(yīng)堆來(lái)代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生熱量，來(lái)加熱水使之變成蒸汽。使核能轉(zhuǎn)變成熱能。蒸汽通過(guò)管路進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，使機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。一般說(shuō)來(lái)，核電站的汽輪發(fā)電機(jī)及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應(yīng)堆。熱中子反應(yīng)堆熱中子反應(yīng)堆是指能夠在受控下(所以不會(huì)發(fā)生原子彈那樣爆炸)持續(xù)進(jìn)行核裂變鏈?zhǔn)?連鎖)反應(yīng)的裝置。所以把它叫做“堆”，是因?yàn)槭澜缟系谝粋€(gè)核反應(yīng)堆是用石墨塊(用以控制反應(yīng)速度)和金屬鈾塊(反應(yīng)燃料)一層一層交替地“堆”起來(lái)而構(gòu)成的。后來(lái)，其他不用石墨的核反應(yīng)裝置，仍沿用這種叫法。熱中子反應(yīng)堆是一種進(jìn)行核裂變的反應(yīng)堆。目前，已經(jīng)實(shí)用化的核反應(yīng)堆有輕水堆和重水堆(重水是氫的同位素氘(重氫)同氧的化合物)之別。目前使用的多為輕水堆。在輕水堆中，水被兼作減速(和石墨一樣起控制反應(yīng)速度的作用)和冷卻用。輕水堆又可分為壓水型和沸騰水型的，現(xiàn)在大多數(shù)核電站用的都是壓水型的。熱中子反應(yīng)堆容易發(fā)生裂變的核有233U、235U、239Pu，而自然界中只有235U，且含量很低。但是自然界中的238U、232Th儲(chǔ)量比較豐富！為提高核燃料的利用率就可以用快中子增殖堆使238U轉(zhuǎn)化為239Pu，使232Th轉(zhuǎn)化為233U。使用快中子的原因是燃料在快中子作用下發(fā)生裂變產(chǎn)生的中子比較多，除了維持裂變反應(yīng)外還有剩余的中子使可裂變核U238或Th232發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成易裂變核Pu239或U233。增殖反應(yīng)的方程式如下：

238U＋n→239U→239Np→239Pu232Th＋n→233Th→233Pa→233U快中子增殖堆使用快中子譜，因此不要慢化劑，冷卻劑使用液態(tài)金屬，因其核質(zhì)量較大，不產(chǎn)生慢化。常用的是液態(tài)鈉?？熘凶佣堰€有另外一個(gè)重要作用，就是焚燒！它可以利用快中子將熱中子反應(yīng)堆中產(chǎn)生的長(zhǎng)壽命放射性元素?zé)?，減少對(duì)環(huán)境的污染與對(duì)后代的威脅。但是燃料初裝量大，倍增時(shí)間長(zhǎng)的問題是快堆發(fā)展的不利因素?？煽鼐圩兌芽煽鼐圩兌牙煤司圩兡軄?lái)發(fā)電。如果可控聚變堆成功了水中的氘和氚足以滿足人類幾十億年對(duì)能量的要求。實(shí)現(xiàn)可控聚變難度相當(dāng)大，首先要滿足以下三個(gè)條件：反應(yīng)溫度要達(dá)到一億攝氏度，并且此時(shí)處于高溫等離子態(tài)的反應(yīng)物不能與器壁碰撞；等離子體約束時(shí)間要達(dá)到1s；等離子體密度要達(dá)到每立方厘米500萬(wàn)億個(gè)。目前主要研究的有通過(guò)激光約束、磁約束、慣性約束和μ介質(zhì)催化等離子體的穩(wěn)定約束。核聚變較之核裂變有兩個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)：一是地球上蘊(yùn)藏的核聚變能遠(yuǎn)比核裂變能豐富得多。據(jù)測(cè)算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變?cè)厮茚尦龅娜亢肆炎兡艿?000萬(wàn)倍，可以說(shuō)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(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。二是既干凈又安全。因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時(shí)受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進(jìn)行，所以是安全的。關(guān)于核武器

原子彈是利用重核裂變瞬間釋放出巨大能量，引起殺傷破壞的武器。原子彈里用于裂變的材料是鈾或钚兩種元素的同位素——鈾-235或钚-239，它們的原子核在接受到一個(gè)中子后，就會(huì)分裂成大小、重量差不多的兩個(gè)原子核，同時(shí)釋放出約200MeV的能量。鈾的比重和黃金差不多，所以1摩爾的鈾也就和250克的金條差不多大，可以放在手心里。這些原子如果全部裂變的話，能量相當(dāng)驚人，差不多相當(dāng)于600噸煤完全燃燒所釋放的能量。1kg的鈾-235或钚-239完全裂變，釋放出的能量大約等于2萬(wàn)噸烈性的TNT炸藥爆炸的威力。鈾-235的原子核裂變時(shí)，還會(huì)放出中子，有時(shí)一個(gè)也沒有，有時(shí)能達(dá)到6個(gè)，平均有2.5個(gè)。這就是說(shuō)，一個(gè)中子引起的核裂變，會(huì)放出2.5個(gè)中子。而這些中子又會(huì)引起周圍原子核的裂變，于是就會(huì)象雪崩一樣引起一連串的原子核裂變，這個(gè)過(guò)程就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但是這些中子未必都會(huì)引起新的裂變，譬如由于原子核十分微小，所以中子不一定能接觸到鈾核，如果鈾塊不夠大的話，有些中子就會(huì)飛出鈾塊，不能引起新的裂變。當(dāng)然，鈾塊中的雜質(zhì)也會(huì)吸收中子，使新的裂變不能進(jìn)行。能使裂變材料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能持續(xù)進(jìn)行的最小的體積稱之為臨界體積，這時(shí)它的質(zhì)量成為臨界質(zhì)量。臨界質(zhì)量和裂變材料的種類、純度、密度以及幾何形狀密切相關(guān)，如果材料包裹以中子反射材料的話，還可以降低臨界質(zhì)量。據(jù)網(wǎng)上說(shuō)一般球形純鈾-235的臨界質(zhì)量約為50kg，δ相钚-239則為15～16kg；而加裝中子反射材料后，鈾-235的臨界質(zhì)量只有15kg了，而δ相钚-239則只有10～11kg了。之所以材料加工成球形，是因?yàn)轶w積一定時(shí)，球形表面積最小，中子泄漏也就減少了。氫彈hydrogenbomb氫彈：利用原子彈爆炸的能量點(diǎn)燃?xì)涞耐凰仉?、氚、氘化?6等輕原子核的聚變反應(yīng)瞬時(shí)釋放出巨大能量的核武器。又稱聚變彈、熱核彈。氫彈的殺傷破壞因素與原子彈相同，但威力比原子彈大得多。原子彈的威力通常為幾百至幾萬(wàn)噸級(jí)梯恩梯當(dāng)量，氫彈的威力則可大至幾千萬(wàn)噸級(jí)梯恩梯當(dāng)量。還可通過(guò)設(shè)計(jì)增強(qiáng)或減弱其某些殺傷破壞因素，其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能比原子彈更好，用途也更廣泛。氫彈具有巨大殺傷破壞威力，它在戰(zhàn)略上有很重要的作用。對(duì)氫彈的研究與改進(jìn)主要在3個(gè)方面：①提高比威力和使之小型化。②提高突防能力、生存能力和安全性能。③研制各種特殊性能的氫彈。氫彈的運(yùn)載工具一般是導(dǎo)彈或飛機(jī)。為使武器系統(tǒng)具有良好的作戰(zhàn)性能，要求氫彈自身的體積小、重量輕、威力大。因此，比威力的大小是氫彈技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志。當(dāng)基本結(jié)構(gòu)相同時(shí)，氫彈的比威力隨其重量的增加而增加。中子彈中子彈(neutronbomb)，又稱增強(qiáng)輻射武器(enhancedradiationweapon)，是以高能中子為主要?dú)蛩?、相?duì)減弱沖擊波和光輻射效應(yīng)的一種特殊設(shè)計(jì)的小型氫彈。中子彈的特點(diǎn)是爆炸釋放的能量不高，但核輻射很強(qiáng)。根據(jù)美國(guó)核物理學(xué)家S.T.柯恩提供的資料，在150米高度爆炸時(shí)，中子彈的輻射殺傷半徑與威力大10倍的裂變武器的相當(dāng)，約為同威力武器輻射殺傷半徑的2倍，即殺傷面積的4倍。核潛艇核潛艇是潛艇中的一種類型，指以核反應(yīng)堆為動(dòng)力來(lái)源設(shè)計(jì)的潛艇。由于這種潛艇的生產(chǎn)與操作成本，加上相關(guān)設(shè)備的體積與重量，只有軍用潛艇采用這種動(dòng)力來(lái)源。核潛艇水下續(xù)航能力能達(dá)到20萬(wàn)海里，自持力達(dá)60-90天。核潛艇按照任務(wù)與武器裝備的不同，可分以下幾類：攻擊型核潛艇，它是一種以魚雷為主要武器的核潛艇，用于攻擊敵方的水面艦船和水下潛艇；彈道導(dǎo)彈核潛艇，以彈道導(dǎo)彈為主要武器，也裝備有自衛(wèi)用的魚雷，用于攻擊戰(zhàn)略目標(biāo)；巡航導(dǎo)彈核潛艇，以巡航導(dǎo)彈為主要武器，用于實(shí)施戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)攻擊。

核泄漏核能外泄最主要原因，就是核子反應(yīng)爐核心冷卻系統(tǒng)故障，導(dǎo)致控制輻射的相關(guān)設(shè)備失常。雖說(shuō)核能外泄不一定全然包括核子災(zāi)害，但是已經(jīng)是已知核能應(yīng)用上的最大環(huán)保隱憂。另外，核能外泄雖也可指使用核能發(fā)電的航海器具所發(fā)生的災(zāi)害，尤其是潛艦，不過(guò)一般說(shuō)來(lái)是指用來(lái)發(fā)電的核能電廠發(fā)生的核熔毀事件，例如：切爾諾貝利核事故。核泄漏對(duì)人體的影響放射性物質(zhì)的衰變中產(chǎn)生電離輻射。它能破壞人體組織里分子和原子之間的化學(xué)鍵，可能對(duì)人體重要的生化結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。我們的身體會(huì)嘗試修復(fù)這些損傷，但是有時(shí)損傷過(guò)于嚴(yán)重或涉及太多組織與臟器，以至于不可能修復(fù)。而且，身體在自然修復(fù)過(guò)程中，也很可能產(chǎn)生錯(cuò)誤。最容易為輻射所傷的身體部分包括腸胃上皮細(xì)胞以及生成血細(xì)胞的那些骨髓細(xì)胞。最大的長(zhǎng)期健康風(fēng)險(xiǎn)是癌癥。通常當(dāng)體細(xì)胞受損或老化到一定程度時(shí)，它們會(huì)自我消除。當(dāng)這種自我消除的能力消失時(shí)，細(xì)胞獲得“永生”，可以不受控制地不斷地分裂，這就演化成癌癥。我們的機(jī)體有許多機(jī)制來(lái)阻止細(xì)胞癌變，并替換受損的組織。然而輻射所帶來(lái)的損害可以嚴(yán)重?cái)噥y機(jī)體中的這些機(jī)制，從而讓癌癥風(fēng)險(xiǎn)大大提高。此外，如果機(jī)體不能很好的修復(fù)輻射帶來(lái)的對(duì)化學(xué)鍵的破壞和改變，我們的基因里有可能會(huì)產(chǎn)生突變。這些突變不但增高自身的癌癥風(fēng)險(xiǎn)，還有可能被傳遞下去，使得輻射的作用在子孫身上展現(xiàn)出來(lái)。這些作用包括較小的頭部與腦部、眼部發(fā)育缺陷、生長(zhǎng)緩慢和嚴(yán)重的認(rèn)知學(xué)習(xí)缺陷。氦-3人類未來(lái)的新能源①氦－3是一種清潔、安全和高效率的核融合發(fā)電燃料。開發(fā)利用月球土壤中的氦---3將是解決人類能源危機(jī)的極具潛力的途徑之一。②氦—3是氦的同位素，含有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。它有許多特殊的性質(zhì)。根據(jù)稀釋制冷理論，當(dāng)氦—3和氦—4以一定的比例相混合后，溫度可以降低到無(wú)限接近絕對(duì)零度。在溫度達(dá)到2.18k以下的時(shí)候，液體狀態(tài)的氦---3還會(huì)出現(xiàn)“超流”現(xiàn)象，即沒有粘滯性，它甚至可以從盛放的杯子中“爬”出去。然而，當(dāng)前氦—3最被人重視的特性還是它作為能源的潛力。氦—3可以和氫的同位素發(fā)生核聚變反應(yīng)，但是與一般的核聚變反應(yīng)不同，氦—3在聚變過(guò)程中不產(chǎn)生中子，所以放射性小，而且反應(yīng)過(guò)程易于控制，既環(huán)保又安全，但是地球上氦—3的儲(chǔ)量總共不超過(guò)幾百公斤，難以滿足人類的需要?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，雖然地球上氦—3的儲(chǔ)量非常少，但是在月球上，它的儲(chǔ)量卻是非?？捎^的。③氦大部分集中在顆粒小于50微米的富含鈦鐵礦的月壤中。估計(jì)整個(gè)月球可提供71.5萬(wàn)噸氦—3。這些氦—3所能產(chǎn)生的電能，相當(dāng)于1985年美國(guó)發(fā)電量的4萬(wàn)倍，考慮到月壤的開采、排氣、同位素分