第4章-核能发电技术

成都理工大学工程技术学院自动化工程系电气教研室雷永锋氢弹爆炸1.核能开发的历史进程2.核能与核能利用3.我国的核能事业核能原子弹爆炸核能1千克铀的原子核所释放出来的热量，大约相当于3570吨（3570000千克）煤燃烧时所放出的热量。建造一座发电量为100万千瓦的电站，如果是核电站，每年需要补充的核燃料为30吨，六辆解放牌载重汽车就可运进。如果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多万吨煤。运输这些煤炭，平均每天要开三列火车，每列火车挂40节车皮；或是每天要开一艘万吨级的轮船。核能核能发电示意图核能英国的原子能发电站核能秦山核电站一、核能开发的历史进程1.1919年，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子。2.1932年，查得威克发现中子3.1934年，法国约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出正电子蜕变为硅。4.卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均没有意识到原子能的实际利用近在眼前。核能开发的历史进程1.1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂核能力更强。费米因此获38年诺贝尔物理奖。2.1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程要放出大量能量。3.费米提出链式反应概念。4.1939年9月1日，第二次世界大战正式打响核能开发的历史进程1.1933年，爱因斯坦移居美国2.1938年，费米逃往美国3.德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革4.1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）已经意识到核能的开发可能用于军事5.1935年，建议物理学家暂缓发表研究成果6.1939年，玻尔认为核能利用为时尚早7.1939年，说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹。爱因斯坦、萨克斯、罗斯福核能开发的历史进程1.1940年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑2.1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥研制原子反应堆3.铀235、钚239的提纯4.1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。5.7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。比一千个太阳都亮。6.曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，占用全国三分之一的电力核能开发的历史进程1.1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹2.科学家的犹豫：继续干吗？缺乏政治和道义上的支持不干吗？不符合现代科学技术的精神好的理由：应该让全人类知道它的威力3.齐拉德、爱因斯坦的态度4.1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎核能开发的历史进程1.核军备竞赛：盟国之争2.45年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹3.1949年8月，苏联成功地进行了核实验4.1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹5.1953年8月，苏联研制氢弹成功6.1952年10月3日，英国研制成功原子弹7.1960年2月13日，法国研制成功钚弹8.1964年10月16日，中国试爆成功原子弹1.1公斤核燃料相当于2500吨煤2.1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；1956（英国），1957（美国）3.核电站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕4.1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机组发生爆炸。人为造成三道安全措施无效5.1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故，由于多重安全系统发挥作用，后果不严重6.核聚变核能开发的历史进程核裂变二、核能与核能利用核裂变(nuclearfission)是大核分裂为小核的过程.普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。铀-235的裂变与核武器35种元素的200多种位素同发生链反应爆炸＋＋＋2＋＋＋3U23592n10Te13752Zr9740n10Kr9136U23592n10Ba14256n10足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(criticalmass)。铀-235的临界质量约为1kg，质量超过1kg则发生爆炸。任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料，原子弹的基本设计又如此简单，从而为防止核武器扩散带来了困难。核反应堆通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数,以形成所谓的自持链反应(self-sustainingchainreaction)。前苏联于1954建成世界上第一座核电站；至今已有30多个国家和地区的400多座核电站处在运行之中。右图列出1995年一些国家核电占各自总电力的百分率。第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向和平用途。核聚变核聚变(nuclearfusion)由两个或多个轻核聚合形成较重核的过程。热核武器以聚变反应为基础的核武器氢弹就是利用装在其内部的一个小型铀原子弹爆炸产生的高温引爆的。＋＋40000000℃H31H21He42n10人工核反应人工核反应是指原子核受中子、质子、α粒子、重粒子(例如原子核)等轰击而形成新核的核嬗变过程(nucleartransmutation)。C126通式为:式中X为靶核，a为入射粒子，Y为产物核，b为出射粒子，通常简写为A1X(a,b)A3Y。XA1Z1aA2Z2YA3Z3bA4Z41919年卢瑟夫实现了第一个核嬗变反应:42147NP+O11178人工核反应的实现,使科学家在实验室合成已知元素的新核素和新的化学元素成为可能。185Hf(1992)、208Hg(1992)、237Th(1993)、239Pa(1995)、175Er(1996)、235Am(1996)、135Gd(1996)、121Ce(1997)、186Hf(1998)、209Hg(1998)、238Th(1999)、125Nd(1999)、128Pm(1999)、129Sm(1999)、139Dy(1999)、139Tb(1999)和137Gd(1999)。我国科学家合成的19种新核素：90Ru(1991)和202Pt(1992)分别由中国原子能科学研究院（北京）和上海原子核研究所合成。超铀元素的合成1.第一个“超铀元素”（transuraniumelements)的合成1940年1970年2.第一个“超锕系元素”（transactinideelements)的合成合成的困难：随着质子数越来越多，质子间的库仑引力越来越大，原子核也越来越不稳定。++γ+U23892n10U23992U23992Np23993β10++4Cf24998N157Db260105n10放射性的应用射线疗法射线疗法(radiationtherapy)是指用高能射线治疗疾病的方法，它是人类战胜癌症的一种重要武器。32P60Co90Sr125I131I14.3d5.26a28.8a60.25d8.06d137Cs192Ir198Au222Ra226Rn30a74.2d2.7d3.82d1622a辐射源半衰期辐射源半衰期三、我国的核能事业1.我国用了短短4年时间完成了原子弹的研制工作，并于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹。2.1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹，完成了其他国家要十几年甚至几十年才完成的工作.我国第一颗原子弹1964年10月16日我国第一颗氢弹1967年6月17日1.我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电站第一期工程也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量可达100亿度。2.因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行。我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用。我国第一座核电站——浙江秦山核电站于1991年建成发电。核电站浙江秦山核电站广州大亚湾核电站。这是我国大陆第一座大型商用核电站广东岭澳核电站思考题1.原子核能是在怎样的社会历史背景下诞生的？2.核电站的发展有哪几个阶段？各个阶段的技术特征是什么？3.怎样理解核技术的正负效应？核能发电世界核电发展现状蓬勃发展的世界核电：自从1954年苏联第一座5MW试验性核电厂投入运行以来，核电在许多国家和地区已承担基本负荷，目前世界上30多个国家己运行核电机组441座，总装机容量3.6W亿KW，核电已占世界总发电量的20％。从已运行的核电站装机容量来看美国居首位，装机容量占全世界的四分之一，其次是法国、日本、德国和俄罗斯。从发展速度来看法国、日本和韩国保持着较高的发展速度，目前法国核能发电量已占总发电量的80%。预计到2030年，世界核电站总数将达到1000座，核发电量将占总发电量的三分之一，可以预期在相当长一段时期内核电将成为电力工业的支柱。我国目前运行和在建的核电站电站净功率(MWe)商运日期大亚湾19441993.7大亚湾29441994.1田湾110002004.12田湾2100042005.12岭澳19352002.7岭澳29352003.3秦山12791991.12秦山26102002.6秦山36102003.4秦山46652003.2秦山56652003.核电生产流程