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

安全清潔的能源----核能新能源----時(shí)代的呼喚人類進(jìn)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(zhēng)的漫長(zhǎng)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(dòng)著文明的進(jìn)步。現(xiàn)代社會(huì)中能源的人均消費(fèi)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)展程度和人民生活水平高低的重要標(biāo)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(guó)民經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，能源是基礎(chǔ)。我國(guó)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(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)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АＭ瑫r(shí)，大量燃燒煤炭和石油嚴(yán)重地污染了環(huán)境，危及生態(tài)平衡。因此我國(guó)迫切需要一種新能源----核能。崛起的核能現(xiàn)代社會(huì)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?zé)崮艿鹊?。但是，這些能源很難在近期內(nèi)實(shí)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(jì)的工業(yè)能源。從本世紀(jì)50年代以來，前蘇聯(lián)、美國(guó)、發(fā)感法國(guó)、比利時(shí)、德國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)際經(jīng)驗(yàn)表明，核電是一種經(jīng)濟(jì)、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(yùn)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(jī)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(dòng)氣輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)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(dá)國(guó)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(guó)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(dāng)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，擁有一支專業(yè)齊全、技術(shù)過硬的隊(duì)伍。核電站的建設(shè)和運(yùn)行是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)。我國(guó)目前已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行自己的核電站。秦山核電站就是由我國(guó)自己研究設(shè)計(jì)建造的。核能機(jī)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(fù)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(gè)中子以后能分裂，同時(shí)放出2-3個(gè)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?cè)诨瘜W(xué)元素周期表上占據(jù)同一個(gè)位置，稱為同位素。所以，“同位素”一詞用來確指某個(gè)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(jiǎn)單的氫原子核只有一個(gè)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(gè)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?zhǔn)搅炎兎磻?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(jìn)行下去，同時(shí)不斷產(chǎn)生能量。這種反應(yīng)就叫做鏈?zhǔn)搅炎兎磻?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(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?zhǔn)椒磻?yīng)的強(qiáng)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(dòng)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(jìn)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(jì)上采取了所能想到的最嚴(yán)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(jiān)固的壓力容器和密閉的一回路系統(tǒng)；4、安全殼。多重保護(hù)在出現(xiàn)可能危及設(shè)備和人身安全的情況時(shí)：1、進(jìn)行正常停堆2、因任何原因未能正常停堆時(shí)，控制棒自動(dòng)落入堆內(nèi)，實(shí)行自動(dòng)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(dòng)噴入堆內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急停堆。對(duì)一切重要設(shè)備都采取了類似的多種保護(hù)措施，如設(shè)置了兩路獨(dú)立的可靠的外電源，當(dāng)一路外電源因事故停電時(shí)，可自動(dòng)切換到另一路供電。萬一兩路外電源同時(shí)斷電怎么辦？不要緊。核電站里還有由柴油發(fā)電機(jī)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(zhǔn)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(shí)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(shí)，安全殼與外界自動(dòng)隔離；安全部頂?shù)膰娏芟到y(tǒng)自動(dòng)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(yán)密的質(zhì)量保證體系。對(duì)選址、設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試和運(yùn)行等各個(gè)階段的每項(xiàng)具體活動(dòng)都有單項(xiàng)的質(zhì)量保證大綱。另外，還實(shí)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(duì)參加核電站工作的人員的選擇、培訓(xùn)、考核和任命有著嚴(yán)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(yàn)的人員，經(jīng)過課堂、核電站模擬機(jī)和核電站實(shí)際運(yùn)行培訓(xùn)，再通過國(guó)家級(jí)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(jìn)行再培訓(xùn)和定期考核，不合格都將被吊消執(zhí)照。國(guó)家為保證核電站安全采取的措施設(shè)置國(guó)家協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)國(guó)務(wù)院核電領(lǐng)導(dǎo)小組及國(guó)家計(jì)委核電辦公室負(fù)責(zé)核電建設(shè)和安全管理的指導(dǎo)協(xié)調(diào)。設(shè)立國(guó)家主管機(jī)構(gòu)國(guó)務(wù)院授權(quán)中國(guó)核工業(yè)總公司行使對(duì)核電站的主管職能，作為核電站安全運(yùn)行的領(lǐng)導(dǎo)者，中國(guó)核工業(yè)總公司內(nèi)專設(shè)了核電站建設(shè)、運(yùn)行和安全防護(hù)管理監(jiān)督局，加強(qiáng)對(duì)核安全的專門領(lǐng)導(dǎo)、指導(dǎo)、管理和監(jiān)督。建立國(guó)家核安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)1984年10月我國(guó)成立了國(guó)家核安全局，作為國(guó)家的核安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)，其基本職能是依照我國(guó)的法律、法規(guī)，對(duì)民用核設(shè)施實(shí)行獨(dú)立的安全審評(píng)和監(jiān)督。國(guó)家環(huán)境保護(hù)局、勞動(dòng)部和衛(wèi)生部分別負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境質(zhì)量、職業(yè)安全和人身安全進(jìn)行獨(dú)立的監(jiān)督檢查和審評(píng)。制定和完善核安全防護(hù)法規(guī)體系國(guó)務(wù)院已頒布《中華人民共和國(guó)民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理?xiàng)l例》，國(guó)家核安全局、環(huán)境保護(hù)局、勞動(dòng)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(jì)、運(yùn)行、質(zhì)量保證、輻射防護(hù)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(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)等。中國(guó)核工業(yè)總公司頒布了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。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(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系。實(shí)行核設(shè)施安全許可證制度核電站在建造和運(yùn)行前其營(yíng)運(yùn)單位要向國(guó)家核安全局提出安全許可證申請(qǐng)書，提交初步和最終安全分析報(bào)告并向國(guó)家環(huán)境保護(hù)局提交環(huán)境影響報(bào)告書。國(guó)家核安全局和環(huán)境保護(hù)局分別組織有關(guān)專家對(duì)報(bào)告書進(jìn)行審評(píng)，就存在問題向核安全和環(huán)境保護(hù)專家委員提出咨詢，并征詢國(guó)務(wù)院有關(guān)部委和地方人民政府的意見，在建造、運(yùn)行條件完全符合國(guó)家有關(guān)規(guī)定后才頒布建造和運(yùn)行安全許可證。營(yíng)運(yùn)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(huì)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(huì)不會(huì)像原子彈那樣爆炸呢？不必?fù)?dān)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(dá)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(diǎn)燃，而啤酒則因酒精含量低卻不能點(diǎn)燃一樣。原子彈同樣是一項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)品，形成核爆炸有非常嚴(yán)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(jī)控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?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(jì)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(hù)系統(tǒng)，確保反應(yīng)堆不會(huì)失控。核電站不會(huì)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(zhǎng)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(cè)和度量。度量輻射劑量的單位是希沃特。簡(jiǎn)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(duì)比從一次全身大劑量輻射照射對(duì)身體的影響表可以看出，在一定的范圍內(nèi)，人體對(duì)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(guó)家為了保護(hù)工作人員和居民的身體健康，規(guī)定了特別嚴(yán)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(duì)人造成的實(shí)際劑量比上述限量要小得多。中國(guó)核工業(yè)總公司為核電站規(guī)定的管理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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(duì)它還不太了解，受到上些不公正的對(duì)待，總覺得它地污染環(huán)境，會(huì)給人們的生活帶來損害。其實(shí)核電站推廣應(yīng)用，不但能提供大量電力，還會(huì)大大改善環(huán)境，因?yàn)樗潜容^清潔的能源。目前困擾人類社會(huì)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(gè)主要問題。至少有兩個(gè)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(guó)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(guó)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(shí)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(cè)，華東地區(qū)2000年后將處于嚴(yán)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(jī)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(yùn)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(jī)組。兩套機(jī)組將分別于2022年和2022年建成投產(chǎn)。兩套機(jī)組投產(chǎn)后年發(fā)電量約150億度，這將對(duì)江蘇省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和繁榮做出巨大貢獻(xiàn)。連云港核電廠是我國(guó)目前最大的核電建設(shè)項(xiàng)目，由中國(guó)核工業(yè)總公司、江蘇省國(guó)際信托投資公司、中國(guó)華東電力集團(tuán)公司和江蘇省電力公司組成的連云港核電有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)組織建設(shè)和營(yíng)運(yùn)?！鞍踩谝弧①|(zhì)量第一”是連云港核電廠建設(shè)與運(yùn)行的基本方針。連云港核電有限責(zé)任公司將按照國(guó)家和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)頒布的有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，編制公司的質(zhì)量保證大綱并嚴(yán)格，執(zhí)行確保核電廠建設(shè)達(dá)到世界一流水平。連云港核電廠工程一直得到國(guó)務(wù)院和國(guó)家計(jì)委的重視，李鵬總理、鄒家華副總理和國(guó)家計(jì)委領(lǐng)導(dǎo)對(duì)連云港核電廠項(xiàng)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