我对核能应用的认识.docx

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我对核能应用的认识

选修论文

我对核能技术的认识

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二○一一年五月

摘要

核能是20世纪出现的一种新能源。

自世界第一座反应堆运行成功至今，不过经历了短短的61年多的时间，但核能即应会的了很大的发展。

直到20世纪40年代以前，人类利用的能源，从烧柴草到烧煤、石油和天然气，从畜力到水力和风力，它们只涉及到物理变化和化学变化。

1942年，当世界第一座核反应堆运行成功以后，人类开始掌握了一种全新的的能源——核能，从此跨入了核能时代。

核能是通过原子反应而释放出巨大的能量。

核能涉及到的不是物理变化和化学变化，而是原子核变化，也就是说，在产生核能的过程中，原子核发生了变化，由一种原子变成了另外的原子。

核反应堆是核能和平应用的最主要的设施，它已经成为人类生产、生活和科学研究活动中的一种强有力的工具。

核能与核技术有着辉煌的过去，更有着灿烂的未来。

让我们通过不断地努力，去迎接第二核纪元的到来，去迎接核能与核技术新的春天。

关键词：

能源开发核能应用

Abstract

Nuclearpoweristhe20thcentury,theemergenceofanewenergy. Sincetheworld'sfirstreactorhasrunsuccessfully,butexperiencedashortperiodoftimemorethan61years,butnuclearenergyislikelytobeofagreatdevelopment. Untilthe20thcentury,40yearsago,humanuseofenergyfromgrasstowood-burningcoal,oilandgas,hydroandwindfromtheanimalto,theyrelateonlytothephysicalandchemicalchanges. In1942,whentheworld'sfirstnuclearreactortorunsuccessful,humansbegantograspanewenergy-nuclearenergy,nuclearenergyfromenteringtheera.Nuclearenergyisreleasedthroughatomicreactiontremendousenergy. Nuclearenergyisnotrelatedtothephysicalandchemicalchanges,butchangesinthenucleus,thatis,theprocessofgeneratingnuclearenergy,nuclearchanges,fromoneatomintoanotheratom. Peacefulapplicationsofnuclearreactorsisthemostimportantnuclearfacilities,ithasbecomeahumanproduction,lifeandscientificresearchactivitiesasapowerfultool. Nuclearenergyandtechnologyhasagloriouspast,butalsohasabrightfuture. Letusthroughcontinuouseffortstomeetthearrivalofthesecondnuclearera,nuclearenergyandnucleartechnologytomeetthenewspring

Keywords：

energyDevelopmentnuclearenergyapplication

1引言

我国核电经过20多年的发展，取得了显著成绩。

核电设计、建设和运营水平明显提高，核电工业基础已初步形成。

经过起步和小批量两个阶段的建设，目前形成了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地。

中国核电在技术研发、工程设计、设备制造、工程建设、项目管理、营运管理等方面，具备了相当的基础和实力，为加快发展积累了经验、奠定了坚实的基础。

加快核电发展的时机已经成熟，条件基本具备。

同时，我国核工业经过近五十年实践建立起来的核安全后援与技术支持体系，在核电机组的安全运行、环境保护、放射性废物处理等方面发挥了重大作用。

在国际能源危机的大背景下，为适应经济的快速增长和对环保的迫切要求，核电将迎来新的发展曙光。

经济的全球化和日益加剧的能源国际竞争，使能源供需的矛盾极为尖锐，给我国能源安全和可持续发展带来严峻挑战。

能源需求持续增长，人均资源拥有量不足，能源产消平衡差额持续扩大。

环境保护的要求使清洁能源需求增大，我国能源结构性问题突出。

煤炭是我国能源结构中的主要部分，我国大气污染的80%来自燃煤，煤炭使用排出的污染物导致大气污染和酸雨，造成环境质量恶化。

普遍采用煤炭洁净技术也将使燃料成本大幅提高，并给电力生产带来严峻压力。

未来对清洁高效的能源需求巨大，调整能源结构已是我当务之急。

核能是解决我国能源安全和可持续发展的重要战略能源。

核能是清洁、安全和经济和可持续的能源，世界核电发展的经验表明：

发展核电是降低能源对外依存，保障国家能源安全的重要途径。

2006年国际能源机构首次表示核能是解决能源危机的有效方法。

（引用

2为什么要开发核能

核能是20世纪出现的一种新能源。

自世界第一座反应堆运行成功至今，不过经历了短短的61年多的时间，但核能即应会的了很大的发展。

当年费米领导启动的世界第一座反应堆功率仅为0.5W，后来也只达到200W，而据国际原子能机构公布的资料，到2022年11月，全世界核电的总装机容量已到达365746MW，占世界发电总装机容量的17%，加上研究性反应堆、生产性反应堆、推动核动力船舰的反应堆所产生的核能，那就更多了。

2002年，全世界正在运行的发电反应堆（核电机组）442座，已建成用于推动核船舰等的浮动核动力堆700多座，研究用反应堆651座，以及许多生产堆。

目前，核能已占世界总能源消费量的6%。

我们从中学的物理课中已经学到：

所有的物质都是由分子构成的。

而分子是由原子构成的。

原子是由原子核以及围绕原子核的电子构成的。

原子核是由结合在其中的一定数量的质子和中子构成的。

现代核物理学提出，质子和中子是由夸克组成的，夸克由胶子结合在一起，夸克还没有被分离出来或被观察到。

这就是至今人们认识到的物质结构。

近代物理认为，原子的中心是一个小而重的原子核，电子沿着一定的轨道绕原子核旋转，这就是卢瑟斯提出的“小太阳系模型”。

自从德布罗意提出测不准效应后，现代物理认为电子以电子云的形式出现在原子核周围，电子云实际上是电子出现的几率分布。

原子小的看不见摸不着，而原子核在原子中只占很小很小的空间。

如果把原子放大到礼堂那么大的话，原子核的大小也只不过是像芝麻粒那么一丁点儿。

我们从中学的化学课中还学到，凡是不涉及到分子变化，也就是说整个过程中分子不发生变化，这样的变化过程叫做物理变化。

凡是涉及到分子变化，也就是说由一种分子变化成另一种分子，但是原子并不发生变化的过程叫做化学变化。

自从人类发明人工取火后，人们就通过燃烧柴草来做饭和取暖，以柴草为能源，同时利用畜力、水力和风力等自然能源。

其后，人们发现煤可以燃烧，又发现石油。

天然气也可以燃烧。

煤、石油、天然气成为能源，它们是古代动植物的化石或由古代动植物化石产生的，成为化石燃料。

直到20世纪40年代以前，人类利用的能源，从烧柴草到烧煤、石油和天然气，从畜力到水力和风力，它们只涉及到物理变化和化学变化。

1942年，当世界第一座核反应堆运行成功以后，人类开始掌握了一种全新的的能源——核能，从此跨入了核能时代。

核能是通过原子反应而释放出巨大的能量。

核能涉及到的不是物理变化和化学变化，而是原子核变化，也就是说，在产生核能的过程中，原子核发生了变化，由一种原子变成了另外的原子。

3核能的军事应用

3.1核武器的概况

核武器是利用链式裂变反应或核聚变反应，在瞬间释放出巨大能量，产生爆炸，具有大规模杀伤破坏作用的武器。

严格来说，只有把核武器爆炸装置与运载工具（当前主要是导弹）结合起来，才具有核武器的功能，但习惯上，“核武器”通常是指武器化的核爆炸装置。

迄今核武器已经发展了三代，第一代是原子弹，第二代是氢弹，第三代是中子弹等特殊性能核武器。

原子弹是利用链式核裂变反应，而第二、第三代核武器都是利用核聚变反应。

目前在美国、法国、俄罗斯等国已经提出了第四代核武器的概念，并开展了初步研究。

核武器的威力以“TNT当量”（简称“当量”）表示，及其爆炸的破坏力相当于装多少量的TNT（三硝基甲苯）斩妖的常规炸弹的威力，一股分为百吨级、千吨级、万吨级、十万吨级、百万吨级和千万吨级。

原子弹的当量一般在几十万吨TNT以下，氢弹的当量在几十万吨TNT以上。

当量在万吨TNT以下的主要用来袭击战术目标，当量为万吨级、十万吨级、百万吨级的核武器主要用来袭击战役目标，当量在百万吨级以上的核武器主要用来袭击战略目标。

核武器可以支撑弹头，由导弹、火箭运载，可在陆上发射，在飞机上发射，火灾舰艇上从水面或水下发射，或制成炸弹，由飞机投掷；还可以制成炮弹由火炮发射，或制成鱼雷、地雷等，这些事战术核武器。

3.2核爆炸的和平利用

核武器产生的可保证具有巨大的杀伤破坏作用，但也可以进行造福于人类的和平利用。

由于核爆炸可以在一瞬间释放出极其巨大的能量，因此可以用来改变自然环境，代表大量的人力物力来进行巨大的工程建设。

例如用核爆炸进行特大规模的工程爆破，经论证，采用千吨级TNT的核爆炸进行地下采矿，既省钱又迅速，在技术上、经济上和安全上都是可行的，可以开采石油、天然气及其矿物，也可以用核爆炸建造大型地下储存库。

4核能的和平应用

提起核能，人们会出现两个概念，一个是给人类带来巨大灾难的原子弹，一个是造福于人类的核反应堆。

原子弹、氢弹等核武器。

核能的和平应用，主要就是利用核反应堆。

反应堆通过核燃料的链式裂变反应，释放出核能并产生大量的中子，因此，核反应堆既是强大的能源，又是强大的中子源。

核能的和平利用，主要就是利用反应堆产生的核能和中子，它涉及到人们生产和生活的方方面面。

利用反应堆产生的能量作为动力，可以推动坚挺，制造核航空母舰，核巡洋舰及核潜艇等，这是核能的军事应用的一个组成部分。

核反应堆是核能和平应用的最主要的设施，它已经成为人类生产、生活和科学研究活动中的一种强有力的工具。

4.1核反应堆的用途

核反应堆的用途很多，主要有以下几方面：

（1）产生动力

利用反应堆产生的核能作为动力，代替燃烧化石燃料产生的能量，去发电，供热和推动船舰。

用反应堆发电称为核电，这是核能对于人类经济的主要贡献。

用反应堆的核能供热（包括城市集中供暖、供热水和工业供热等）叫做核供热，其发展前景是很广阔。

核电与核供热是用的核燃料比起火电和常规供热时候的化石燃料数量少得多，不产生烟尘，因为可以大大减少交通运输和环境污染，并且受燃料价格波动的影响小，这是核电和核供热的显著优点。

（2）产生新的核燃料

用反应堆可以生产新的核裂变材料，即通过核反应堆，由铀-238生产钚-239，由钍-232生产铀-233，并可在反应堆中通过中子轰击锂-6生产核聚变材料氚。

有的反应堆生产出的核燃料比消耗掉的核燃料多，这对于核燃料的充分利用，实现可持续发展是很有意义的。

（3）生产放射性同位素

放射性同位素种类繁多，应用广泛，对于国计民生有重要意义。

放射性同位素可以用反应堆来生产。

（4）进行中子活化分析

中子活化分析是微量物质的定量快速分析。

将被分析的样品放入反应堆中，用反应堆中产生的中子照射样品，使样品中的待分析成分的元素的原子核吸收中子后变成放射性同位素，通过灵敏的核仪器检测其微量放射性，即可知道其成分和含量。

（5）进行中子照相

中子照相是一种无损检测，它与X射线照相类似，但X射线可以穿透轻物质，而被重物质挡住，中子照相则可以穿透重物质，而被轻物质挡住，因而二者是互补的。

用中子照相可以检测一些精密设备金属部件（例如航空发动机的叶片）内部的缺陷，使航天火箭、导弹脱节的导爆索内部炸药分布情况，以及考证古代文物等。

（6）进行中子嬗变掺杂生产高质量的单晶硅

单晶硅是重要的半导体材料，天然硅由硅-28（丰度92.23%）、硅-29（丰度4.67%）和硅-30（3.1%）组成。

硅中需要掺进少量的磷，以达到半导体性能要求。

将硅放入反应堆中，用堆中的中子照射，中子被硅-30俘获，生成放射性同位素硅-31，硅-31经过β衰变，生成稳定的磷-31.

（7）利用中子进行基础研究及应用研究

反应堆是强中子源，它比其他中子源产生的中子量多。

利用反应堆产生的中子，可以进行核物理、凝聚态物理、反应堆物理、放射化学、材料学、生物学、物质结构等方面的基础研究，以及反应堆工程的应用研究，特别是在高通量工程实验堆中，用高通量的中子束进行核燃料元件、反应堆材料在中子辐射下结构与性能的变化的研究，以提高其耐辐射性能。

4.2核电站

用核动力堆发电是核能和平利用的主要方面。

2002年底，全世界共有32个国家建有核电站，其中建成并在运行的反应堆442座，总装机容量356746MW，占世界电力装机容量的17%，还有35座反应堆正在建设中，其装机容量为27743MW。

核电站又叫核电厂，其产生动力的核心部分是反应堆。

反应堆运行时通过链式裂变反应放出的热量由载热剂带出，进入蒸汽发生器，用来代替火电厂中烧煤或烧天然气来加热水，使之变成蒸汽，推动汽轮机，带动发电机来发电。

4.3核供热堆

核能除用于发电外，还可以用于供热，实际上，世界处于湿、寒带的国家用于供热的能源远远多于发电，例如，中国的一次能源用于发电仅占25%左右，而70%左右用于各种形式的供热。

据统计，德国、俄罗斯、日本等国以热能形式消耗的能源占总能源消耗的60%—70%。

因此，用核能取代化石燃料进行供热，是一个比发电更为广阔的新领驭。

从原理上说，各种堆型的反应堆都可用于供热，核能就是以热能的形式释放出来的，但是由于供热的热网不能过长，供热反应堆必须建于城市人口密集地区附近，因而对供热堆的安全性要求更为严格，供热堆必须是更安全、更经济的现金反应堆，这是利用反应堆供热的设施——和供热站与核电站的主要不同之处。

结论

核能是20世界出现的新能源，虽然由于种种原因使它毁誉参半，乃至由于种种误解使人们“谈核色变”，但是它实际上是一种清洁、安全、经济的能源，是从化石燃料向未来能源过度的不可或缺的能源，是一种对于可持续发展具有重要意义的能源。

核能科学家的发展，是人类科技发展史上的重大策划你归咎，尽管核能于军事方面给人类带来了灾难与不幸，但它的和平利用则大大造福于人类。

当代最具有影响的核工程师与物理学家之一，美国核动力奠基人艾尔文•温伯格，于1994年出版了他的丰富多彩的自传，书名《第一核纪元》。

他把从1942年世界第一座核反应堆诞生以来的50年称为第一核纪元，他认为“核能由梦中的神话变成了现实的大规模发电能源”是一种技术奇迹，并为自己对能够实现这样一种奇迹做出贡献而感到无比的幸福。

他强调“核能的伟大成就，即裂变能已攻击全世界17%电力的事实是谁也抹煞不了的”。

他指出：

“我坚决认为核能本身需要改革：

可以改造它，绝不要抛弃它。

”“我认为如果能使这些怀疑派的精英分子相信按照正确方式发展核能是有利于环境保护的，那么核能最后就会被公众接受。

”他认为，虽然当前是第一核纪元刚刚结束，第二纪元尚未到来的间歇期间，但是，他在读书的最后一段说：

“否定核能的再生就等于否定人类的智慧与前途，对此我坚决不能同意，在我的一生中，我目睹了人类智慧如何取得了如此的空前策划你归咎。

我深信只要坚持不懈地发挥人类智慧的力量，就能创造出光辉的第二核纪元。

”

温伯格的看法是有道理的，他的这些充满激情的话不仅是对他为核能工作一生的总结，也是对核能发展的总结和愿望。

从那之后又过去了十几年，尽管核能的发展在这段时间内尚处于停滞阶段，但从长远来看，它是一定会获得更大的发展的。

今天，当人们跨入新世纪的时候，核能的发展已经出现了新的曙光。

核能与核技术有着辉煌的过去，更有着灿烂的未来。

让我们通过不断地努力，去迎接第二核纪元的到来，去迎接核能与核技术新的春天。

参考文献

[1]艾尔文·温伯格.吕应中译.第一核纪元[M].北京：

原子能出版社，1996.

[2]马栩泉.核能开发与应用[M].北京：

化学工业出版社，2005.