人教版九年級全第二十二章能源與可持續(xù)發(fā)展核能-“黃岡杯”一等獎

安全清潔的能源----核能新能源----時代的呼喚人類進化發(fā)展的過程，是一部不斷向自然界索取能源的歷史。從我們的祖先鉆木取火開始，人類在與大自然斗爭的漫長過程中，利用各種能源，不斷提高自己戰(zhàn)勝自然的本領(lǐng)，推動著文明的進步?，F(xiàn)代社會中能源的人均消費已經(jīng)成為衡量一個國家發(fā)展程度和人民生活水平高低的重要標志之一。按現(xiàn)在的能源消耗，世界上的石油、天然氣和煤等生物化石能源將在幾十年至200年內(nèi)逐漸耗盡。國民經(jīng)濟要發(fā)展，能源是基礎(chǔ)。我國生物化石資源和水利資源分布極不平均，60%的煤礦集中在華北，70%以上的水利資源在西南，而我國的工業(yè)和人口集中在華東、華南沿海和東北地區(qū)，能源的短缺成為這些地區(qū)及我國經(jīng)濟發(fā)展的巨大障礙。煤、石油、天然氣是重要的華工原料，用作燃料燒掉非?？上?。同時，大量燃燒煤炭和石油嚴重地污染了環(huán)境，危及生態(tài)平衡。因此我國迫切需要一種新能源----核能。崛起的核能現(xiàn)代社會中，除了煤炭、石油、天然氣、水力資源外，還有許多可利用的能源，如風(fēng)能、太陽能、潮汐能、海水溫差、地熱能等等。但是，這些能源很難在近期內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。而核能，也只有核能才是可以大規(guī)模是眼使用的安全和經(jīng)濟的工業(yè)能源。從本世紀50年代以來，前蘇聯(lián)、美國、發(fā)感法國、比利時、德國、英國、日本、加拿大等發(fā)達國家建造了大量核電站，目前核電站的發(fā)電量已占全世界總發(fā)電量的7%，核電的發(fā)電成本已經(jīng)低于煤電。國際經(jīng)驗表明，核電是一種經(jīng)濟、安全、可靠、清潔的能源。核電站火力發(fā)電站利用煤和石油發(fā)電，水力發(fā)電站利用水力發(fā)電，而核電站是利用原子核內(nèi)部蘊藏的能量產(chǎn)生電能的新型發(fā)電站核電站大體可分為兩部分：一部分是利用核能生產(chǎn)蒸汽的核島、包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)；另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島，包括汽輪發(fā)電機系統(tǒng)。核電站用的燃料是鈾。鈾是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在一種叫“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動氣輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方。這就是最普通的壓水反應(yīng)堆核電站的工作原理。在發(fā)達國家，核電已有幾十年的發(fā)展歷史，核電已成為一種成熟的能源。我國的核工業(yè)已也已有40多年發(fā)展歷史，建立了從地質(zhì)勘察、采礦到元件加工、后處理等相當完整的核燃料循環(huán)體系，已建成多種類型的核反應(yīng)堆并有多年的安全管理和運行經(jīng)驗，擁有一支專業(yè)齊全、技術(shù)過硬的隊伍。核電站的建設(shè)和運行是一項復(fù)雜的技術(shù)。我國目前已經(jīng)能夠設(shè)計、建造和運行自己的核電站。秦山核電站就是由我國自己研究設(shè)計建造的。核能機理原子是由質(zhì)子、中子、和電子組成的。原子世界上一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的。任何原子都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉(zhuǎn)的帶負電的電子構(gòu)成的。核能在50多年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鈾-235原子核在吸收一個中子以后能分裂，同時放出2-3個中子和大量的能量，放出的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放的能量大得多，這就是核裂變能，也就是我們所說的核能。同位素質(zhì)子數(shù)P相同而中子數(shù)N不同的一些原子，或者說原子序數(shù)Z相同而原子質(zhì)量數(shù)不同的一些原子，它們在化學(xué)元素周期表上占據(jù)同一個位置，稱為同位素。所以，“同位素”一詞用來確指某個元素的各種原子，它們具有相同的化學(xué)性質(zhì)。原子核一般是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，最簡單的氫原子核只有一個質(zhì)子、原子核中的質(zhì)子核數(shù)（即原子序數(shù)）決定了這個原子屬于何種元素，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和稱該原子的質(zhì)量數(shù)。鏈式裂變反應(yīng)裂變反應(yīng)是由中子引起的，而反應(yīng)結(jié)果又產(chǎn)生了新的中子。如果能用新的中子引起新的核裂變，裂變反應(yīng)就能連續(xù)不斷地進行下去，同時不斷產(chǎn)生能量。這種反應(yīng)就叫做鏈式裂變反應(yīng)。鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素。它是一種金屬，在地殼中含量為四百萬分之一。天然鈾由幾種同位素構(gòu)成：除了%的鈾-235（235是質(zhì)量數(shù)）、微量鈾-234外，其余是鈾-238。鈾-235原子核完全裂變防出的能量是同量煤完全燃燒防出能量的2700000倍。核反應(yīng)堆原理反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)計，鏈式裂變反應(yīng)就在其中進行。反應(yīng)堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。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，成為燃料組件。大多數(shù)組件中都有一束控制棒，控制著鏈式反應(yīng)的強度和反應(yīng)的開始與終止。壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料組件，吸收了核裂變產(chǎn)生的熱能以后流出反應(yīng)堆，進入蒸汽發(fā)生器，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，而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發(fā)生器出來的主冷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)壓器來維持和調(diào)節(jié)。確保核電站安全的措施為了確保壓水反應(yīng)堆核電站安全，從設(shè)計上采取了所能想到的最嚴密的縱深防御措施。四道屏障為防止放射性物質(zhì)處逸設(shè)置了四道屏障：1、燃料芯塊；2、密封的燃料包殼；3、堅固的壓力容器和密閉的一回路系統(tǒng)；4、安全殼。多重保護在出現(xiàn)可能危及設(shè)備和人身安全的情況時：1、進行正常停堆2、因任何原因未能正常停堆時，控制棒自動落入堆內(nèi)，實行自動緊急停堆；3、如因任何原因控制棒未能插入，高深度硼酸水自動噴入堆內(nèi)，實現(xiàn)自動緊急停堆。對一切重要設(shè)備都采取了類似的多種保護措施，如設(shè)置了兩路獨立的可靠的外電源，當一路外電源因事故停電時，可自動切換到另一路供電。萬一兩路外電源同時斷電怎么辦？不要緊。核電站里還有由柴油發(fā)電機提供的緊急備用電源。專設(shè)安全設(shè)施人們常用“萬無一失”來形容一件事物的安全可靠，而核電站為這極不可能出現(xiàn)的“一失”出作了周密準備，這就是專設(shè)安全設(shè)施。我們可以設(shè)想這“一失”是管壁很厚的一回路主管道斷裂了。這時專設(shè)安全設(shè)施投入工作，首先向堆內(nèi)高壓注水，防止堆內(nèi)“燒干”；壓力降低后，低村注水系統(tǒng)工作，繼續(xù)向堆內(nèi)注水冷卻。與此同時，安全殼與外界自動隔離；安全部頂?shù)膰娏芟到y(tǒng)自動噴淋冷水，降低安全殼的溫度和壓力；消氫系統(tǒng)投入工作，除去可能引起爆炸的氫氣。質(zhì)量保證體系核電站有著嚴密的質(zhì)量保證體系。對選址、設(shè)計、建造、調(diào)試和運行等各個階段的每項具體活動都有單項的質(zhì)量保證大綱。另外，還實行內(nèi)部和外部監(jiān)查制度，監(jiān)督檢查質(zhì)量保證大綱和初稿情況和是否起到應(yīng)有的作用。質(zhì)量保證體系對參加核電站工作的人員的選擇、培訓(xùn)、考核和任命有著嚴格的規(guī)定。以操縱員為例，要求選擇基本素質(zhì)好，有一定學(xué)歷和工作經(jīng)驗的人員，經(jīng)過課堂、核電站模擬機和核電站實際運行培訓(xùn)，再通過國家級的考試領(lǐng)取操縱員執(zhí)照，然后才能上崗。上崗工作以后，還要進行再培訓(xùn)和定期考核，不合格都將被吊消執(zhí)照。國家為保證核電站安全采取的措施設(shè)置國家協(xié)調(diào)機構(gòu)國務(wù)院核電領(lǐng)導(dǎo)小組及國家計委核電辦公室負責核電建設(shè)和安全管理的指導(dǎo)協(xié)調(diào)。設(shè)立國家主管機構(gòu)國務(wù)院授權(quán)中國核工業(yè)總公司行使對核電站的主管職能，作為核電站安全運行的領(lǐng)導(dǎo)者，中國核工業(yè)總公司內(nèi)專設(shè)了核電站建設(shè)、運行和安全防護管理監(jiān)督局，加強對核安全的專門領(lǐng)導(dǎo)、指導(dǎo)、管理和監(jiān)督。建立國家核安全監(jiān)督機構(gòu)1984年10月我國成立了國家核安全局，作為國家的核安全監(jiān)督機構(gòu)，其基本職能是依照我國的法律、法規(guī)，對民用核設(shè)施實行獨立的安全審評和監(jiān)督。國家環(huán)境保護局、勞動部和衛(wèi)生部分別負責對環(huán)境質(zhì)量、職業(yè)安全和人身安全進行獨立的監(jiān)督檢查和審評。制定和完善核安全防護法規(guī)體系國務(wù)院已頒布《中華人民共和國民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理條例》，國家核安全局、環(huán)境保護局、勞動部和衛(wèi)生部等部門還頒布初稿有關(guān)核電站廠址選擇、設(shè)計、運行、質(zhì)量保證、輻射防護和廢物管理、職業(yè)安全衛(wèi)生等安全規(guī)定以及輻射防護基本標準等。中國核工業(yè)總公司頒布了一系列技術(shù)標準。以后還將頒布一些法規(guī)，逐步形成完善配套的核安全防護標準體系。實行核設(shè)施安全許可證制度核電站在建造和運行前其營運單位要向國家核安全局提出安全許可證申請書，提交初步和最終安全分析報告并向國家環(huán)境保護局提交環(huán)境影響報告書。國家核安全局和環(huán)境保護局分別組織有關(guān)專家對報告書進行審評，就存在問題向核安全和環(huán)境保護專家委員提出咨詢，并征詢國務(wù)院有關(guān)部委和地方人民政府的意見，在建造、運行條件完全符合國家有關(guān)規(guī)定后才頒布建造和運行安全許可證。營運單位只有獲得安全許可證才能開展相應(yīng)的工作。核電站不會像原子彈那樣發(fā)生爆炸核燃料中有效成分是鈾－235，鈾－235同樣也是原子彈中的核炸藥，那么核電站會不會像原子彈那樣爆炸呢？不必擔心，絕沒有這種可能性！“啤酒燒不著”核燃料中鈾－235的含量約為3％，而核炸藥中的鈾－235含量高達90％以上，正像啤酒和白酒都含有酒精，白酒因酒精含量高可以點燃，而啤酒則因酒精含量低卻不能點燃一樣。原子彈同樣是一項高技術(shù)產(chǎn)品，形成核爆炸有非常嚴格的條件。原子彈必須用高濃度的鈾－235或钚－239作核裝料，以一套精密復(fù)雜的系統(tǒng)引爆高能烈性炸藥，利用爆炸力在瞬間精確在改變核裝料的開頭或位置，才能形成不機控的鏈式裂變反應(yīng)，發(fā)生核爆炸。這種苛刻的條件，在核電站里是不可能有的。壓水型反應(yīng)堆具有設(shè)計所賦予的內(nèi)在安全的特性。更何況核反應(yīng)堆還有多重的安全保護系統(tǒng)，確保反應(yīng)堆不會失控。核電站不會給周圍居民帶來有害影響約在100年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)能放出三種射線：阿爾法射線（α）、貝塔射線（β）和伽瑪射線（γ）。以后證明阿爾法射線是氦原子，流貝塔射線是電子，流類似的還有宇宙射線、中了射線等，統(tǒng)稱粒子輻射。伽瑪射線是波長很短的電磁波，類似的還有X射線等，統(tǒng)稱電磁輻射。輻射無色、無味、無聲、看不見、摸不著。不過輻射卻可用儀器來探測和度量。度量輻射劑量的單位是希沃特。簡稱希。1毫希沃特等于千分之一希沃特。核電站和日常生活輻照水平的對比從一次全身大劑量輻射照射對身體的影響表可以看出，在一定的范圍內(nèi)，人體對放射性損傷有自然抵抗和恢復(fù)能力。人體能夠耐受一次希沃特的集中照射而不致遭到損傷，但是國家為了保護工作人員和居民的身體健康，規(guī)定了特別嚴格的限值，即從事放射性工作的人員每年不超過希沃特，核設(shè)施周圍居民每年不超過希沃特，也就是每年不超過1毫希沃特，核電站對人造成的實際劑量比上述限量要小得多。中國核工業(yè)總公司為核電站規(guī)定的管理標準，對周圍居民的照射不得超過毫希沃特/年。核電站與環(huán)境核電站，由于很多人對它還不太了解，受到上些不公正的對待，總覺得它地污染環(huán)境，會給人們的生活帶來損害。其實核電站推廣應(yīng)用，不但能提供大量電力，還會大大改善環(huán)境，因為它是比較清潔的能源。目前困擾人類社會的環(huán)境污染，自然資源（主要是能源）短缺和人口爆炸性增加這三個主要問題。至少有兩個靠核能能得到緩解。目前的環(huán)境清潔問題大部分是由使用化石燃料引起的。由二氧化碳等造成的溫室效應(yīng)以及二氧化碳和氮氧化物等造成的酸雨正在全球范圍內(nèi)破壞人類賴以自下而上的生態(tài)環(huán)境。一座100萬千瓦的燃煤電站每年要耗300萬噸煤，產(chǎn)生的廢物總量超過300萬噸，特別是火電站排入環(huán)境中的放射性物質(zhì)比核電站排出的還要多！法國1980年到1986年間核電占總發(fā)電量的比例由24％提高到70％，在此期間法國總發(fā)電量增加40％，而排放的硫氧化物卻減少了9％，塵埃減少了36％，大氣質(zhì)量有明顯改善。事實證明用核電站代替火電站，能大大改善環(huán)境質(zhì)量。核電站是人類的朋友，也是環(huán)境的朋友。連云港核電廠據(jù)預(yù)測，華東地區(qū)2000年后將處于嚴重缺電狀態(tài)。該地區(qū)水力資源絕大部分已被開發(fā)，火電機組的燃煤需要產(chǎn)煤地區(qū)的支援，這將受到產(chǎn)煤地區(qū)煤炭供應(yīng)不足和運力緊張的雙重制約。為改善江蘇省一次能源結(jié)構(gòu)，緩解華東電網(wǎng)供電緊張的局面，建設(shè)連云港核電廠是非常必要的。連云港核電廠廠址位于江蘇省連云港市高公島鄉(xiāng)柳河村田灣境內(nèi)。東臨黃海，西托宿城山谷，西南距連云港市新浦區(qū)直線距離約28公里，距海州區(qū)約33公里，北距連云港碼頭約5公里。主廠房占地約60公傾。連云港核電廠建設(shè)規(guī)模擬為4000－6000MW。第一期工程安裝兩套俄羅斯生產(chǎn)的VVER－1000型壓水堆核電機組。兩套機組將分別于2022年和2022年建成投產(chǎn)。兩套機組投產(chǎn)后年發(fā)電量約150億度，這將對江蘇省的經(jīng)濟發(fā)展和繁榮做出巨大貢獻。連云港核電廠是我國目前最大的核電建設(shè)項目，由中國核工業(yè)總公司、江蘇省國際信托投資公司、中國華東電力集團公司和江蘇省電力公司組成的連云港核電有限責任公司負責組織建設(shè)和營運?！鞍踩谝?、質(zhì)量第一”是連云港核電廠建設(shè)與運行的基本方針。連云港核電有限責任公司將按照國家和國際原子能機構(gòu)頒布的有關(guān)法規(guī)和標準，編制公司的質(zhì)量保證大綱并嚴格，執(zhí)行確保核電廠建設(shè)達到世界一流水平。連云港核電廠工程一直得到國務(wù)院和國家計委的重視，李鵬總理、鄒家華副總理和國家計委領(lǐng)導(dǎo)對連云港核電廠項目作過多次重要批示和指示。1990年4月李鵬總理與俄羅斯原