1、核能的开发和利用,核能是通过原子核发生反应而释放出的巨大能量。,瑞 士 的 核 电 站,核能专题,1939年,哈恩和斯特拉斯曼发现了核裂变现象,哈恩,费米,一、核能的发展历程,教学录象片:核裂变,获得核能的两条途径是: 裂变,当235U核吸收一个中子后,就会形成复合236U核,而236U核是不稳定的,它很快发生形变由椭球形进而变成不对称的哑铃形,然后发生断裂,成为两个略有大小差异的产物核,同时放出若干个中子,下图为复合核裂变示意。,一个重核在中子的轰击下分裂成高能碎片的反应叫做核裂变,当中子撞击铀原子核时,一个铀核吸收了一个中子可以分裂成两个较轻的原子核,在这个过程中质量发生亏损,因而放出很大
2、的能量,并产生两个或三个新的中子。,重 核 裂 变,链式反应,聚变,两个轻核发生碰撞结合成重核的反应叫做核聚变.聚变需要在几百万摄氏度的高温下才能发生,因此聚变又叫热核反应.,演示:聚变,二、重核裂变的可控性,费 米,世界上第一座核反应堆,1942年,费米建立了第一个链式裂变反应堆。,第一个链式裂变反应堆,如果对裂变的链式反应不加控制,在极短时间(约百万分之几秒)会释放出大量核能,发生猛烈爆炸,原子弹就是根据这个原理制成的.,中国第一颗原子弹爆炸,原子弹(氢弹)的破坏力表现在三方面: 光辐射:当核弹爆炸后,最先看到的是极强的光。这种强光可以引发近处的一切物体的燃烧,即使对距离很远处的人或动物也
3、可以导致眼睛失明。 中子和辐射:这种强粒子辐射可以立即使人和动物死亡,也可能使人患放射病。 冲击波:它可推倒建筑物、杀伤人员。 影视资料片:我国第一颗原子弹两弹一星,为便于和平利用核能,必须控制链式反应的速度,使核能缓慢而又平稳地释放出来.为此,人们制成了一种专门装置核反应堆. 核反应堆能缓慢、平稳地释放核能.,核反应堆通常采用热中子堆,常用的有压水堆、重水堆、石墨堆等。 反应堆的堆心是原子能发电站的心脏,其中有燃料棒、慢化剂、冷却剂和控制棒(镉棒)。通过镉棒的插入和拔出就可以控制反应堆的运行。冷却剂用来冷却燃料棒,并通过热交换器将热量送到无放射性的发电部分,供发电使用。,研究性重水反应堆,中
4、国1980年建成的高通量工程试验堆堆芯,三、核电的优势及发展概况,在传统的能源构成中,火力发电和水力发电都有其局限性。而核电作为一种新型的能源,具有得天独厚的优越性。它利用地球中蕴藏丰富的放射性同位素铀的裂变反应产生的巨大的能量来发电,效率既高又不污染环境。 核电虽然造价较高,但运行成本低于火电。核电站只需消耗很少的核燃料,就可以产生大量的电能,每千瓦时电能的成本比火电站要低20以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。而且环境污染也比火电小得多,作为一种极好的能源,将来一定会在全世界广泛推广使用。影视资料片:核能,核电站的发展现状 1954年,前苏联建成了世界上第一座热中子核电站,而后被世界各
5、国广泛推广。 目前现状:世界上已经投入运行的热中子核电站已有428座,遍布各大洲34个国家和地区,总装机容量已达4亿多千瓦,约占世界发电总量的1/5。美国占首位,约占世界的1/3,其次为法国、日本、德国和俄罗斯。法国已有57座核电站在运行,发电量占其全国总发电量的77%,为世界之最。我国目前仅有秦山核电站和大亚湾核电站两座,装机容量仅占总装机容量的1%左右。,秦山核电站鸟瞰,可控的核聚变反应,核裂变虽然能产生巨大的能量,但远远比不上核聚变,裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不仅产生强大的辐射,伤害人体,而且遗害千年的废料也很难处理,核聚变的辐射则少得多,核聚变的燃料可以说是取之不尽,用之不竭。从聚变
6、反应可推算,1克氘发生热核聚变时放出的能量为10万千瓦时,也就是10万度电能。地球上共有175亿亿吨海水,其中含氘35万亿吨,如果都能用来发电,可以想象足够人类用上几百亿年,再也不会有什么“能源危机”了。,利用核聚变制造出来的氢弹威力惊人,影视资料片: 氢弹,中 国 制 造 的 第 一 颗 氢 弹,磁约束聚变氢弹中释放的能量是爆炸式的,虽然在其中实现了自持热核反应,但无法用于民用能源,所以,要用热核反应作为能源,首要之事是寻找能实现自持的方式和条件: 上亿度高温 + 不导热容器。太阳给了我们启发:太阳是一团进行自持热核反应的高温等离子体,它又是缓慢地释放能量的,那么它是靠什么容器把等离子体约束
7、在一起不致飞散的呢?它靠的是太阳极其巨大的质量所产生的巨大的引力。太阳的引力场就是太阳的高温等离子体的“容器”。,地球上不可能有这样强的引力场,但是可以利用其它的场。 磁约束:利用强磁场约束等离子体,因为等离子体由带负电的电子和带正电的原子核组成,它们在磁场中受磁力作用。,目前美国、日本、欧洲和俄罗斯等国都已经建成大型的磁约束装置,我国也于1984年建成一座中型的磁约束装置环流1号。美、英、俄三国正在合作建设一座功率为62万千瓦的国际聚变反应堆,希望使其输出能量超过输入能量,以实现聚变发电的可能性。此外,也有人在尝试研制聚变裂变混合堆。估计到二十一世纪中叶,磁约束核聚变发电站会有投入使用的可能。,中国环流1号,自然界中的核聚变反应,自然界中,太阳内部的温度高达摄氏1千万度以上,在那里就进行着大规模的聚变反应.太阳辐射出的光和热,正是由聚变反应释放的核能转化而来的.可以说,地球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量.,