核能利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢講義

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,核專業(yè)知識,講,講座,核能,利,利用現(xiàn)狀及,發(fā),發(fā)展趨勢,1,核能（或稱,原,原子能）是,通,通過轉(zhuǎn)化原,子,子核質(zhì)量而,從,從原子核釋,放,放的能量。,核能原理,太陽,原子彈爆炸,核能核電基,本,本知識,2,愛因斯坦,能,能質(zhì)定理,釋放原子,能,能的兩種,方,方法：,核聚變（fusion）,核裂變（fission）,核能的來,源,源,“物體的,質(zhì),質(zhì)量是它,所,所含能量,的,的一種度,量,量，如果,能,能量改變,了,了，其質(zhì),量,量也就改,變,變了”，,“,“如果物,體,體以輻射,的,的形式放,出,出能量

2、，,哪,哪么輻射,就,就在發(fā)射,體,體與吸收,體,體之間傳,遞,遞著質(zhì)量,”,”，“如,果,果一個物,體,體以輻射,形,形式釋放,能,能量E，,哪,哪么其質(zhì),量,量減少E/C,2,”。,Einstein,A.(1905),“,“Ist die Tr,gheit einesKrpersvonseinemEnergieinhalt abhngig?”,AnnalenderPhysik,18:639643,（物體的,慣,慣性與它,所,所含的能,量,量有關(guān)嗎,？,？）,3,核聚變（Nuclearfusion）,指由質(zhì)量,小,小的原子,，,，主要是,指,指氘或氚,，,，在一定,條,條件下（,如,如超高溫

3、,和,和高壓）,，,，發(fā)生原,子,子核互相,聚,聚合作用,，,，生成新,的,的質(zhì)量更,重,重的原子,核,核，并伴,隨,隨著巨大,的,的能量釋,放,放的一種,核,核反應(yīng)形,式,式。,4,核聚變的,兩,兩大優(yōu)點,核聚變能,可,可為人類,提,提供“取,之,之不盡用,之,之不竭”,的,的能源。,地球上僅,在,在海水中,就,就有45,萬,萬億噸氘,，,，1升海,水,水中所含,的,的氘，經(jīng),過,過核聚變,可,可提供相,當(dāng),當(dāng)于300升汽油,燃,燃燒后釋,放,放出的能,量,量。地球,上,上蘊藏的,核,核聚變能,約,約為蘊藏,的,的可進行,核,核裂變元,素,素所能釋,出,出的全部,核,核裂變能,的,的1000

4、萬倍，,可,可以說是,取,取之不竭,的,的能源。,至,至于氚，,雖,雖然自然,界,界中不存,在,在，但靠,中,中子同鋰,作,作用可以,產(chǎn),產(chǎn)生，而,海,海水中也,含,含有大量,鋰,鋰。,核聚變不,會,會產(chǎn)生污,染,染環(huán)境的,放,放射性物,質(zhì),質(zhì)。,5,核聚變的,實,實現(xiàn)方式,聚變反應(yīng),需,需要非常,高,高的溫度,（,（上億攝,氏,氏度），,以,以克服兩,個,個帶正電,的,的氘核之,間,間的巨大,排,排斥力,目前主要,的,的幾種可,控,控核聚變,方,方式：,超聲波核,聚,聚變,激光約束,（,（慣性約,束,束）核聚,變,變,磁約束核,聚,聚變（托,卡,卡馬克）,目前，實,現(xiàn),現(xiàn)受控核,聚,聚變還存

5、,在,在許多困,難,難，核聚,變,變能的大,規(guī),規(guī)模和平,利,利用還尚,需,需時日。,6,全超導(dǎo)非,圓,圓截面托,卡,卡馬克,中國新,一,一代熱核,聚,聚變裝置EAST,國際熱核,實,實驗反應(yīng),堆,堆ITER,中國科,學(xué),學(xué)院等離,子,子體所負,責(zé),責(zé)這一項,目,目,7,核裂變（Nuclearfission）,又稱核分,裂,裂，是一,個,個原子核,分,分裂成幾,個,個原子核,的,的變化。,一,一般由重,的,的原子（,主,主要是指,鈾,鈾或钚）,分,分裂成較,輕,輕的原子,的,的一種核,反,反應(yīng)形式,。,。,一個重核,吸,吸收一個,中,中子分裂,成,成兩個輕,核,核，同時,放,放出數(shù)個,中,中子

6、和一,定,定的能量,。,。,常用的易,裂,裂變核：U-233，U-235，Pu-239，Pu-241,8,U-235核裂變,反,反應(yīng)式,U-235每次裂,變,變平均放,出,出2.43個中子。,9,核裂變釋,放,放的能量,1個U-235原,子,子核裂變,平,平均釋放,的,的總能量,：,：200MeV,1kgU-235,完,完全裂變,釋,釋放的能,量,量：19,600,000,000kcal,比較,化石燃料,完,完全燃燒,放,放出的化,學(xué),學(xué)能（4.1eV）：,1kg標,準,準煤7,000kcal,1L重油9,900kcal,1m,3,天然氣9,800kcal,1kgU-235,裂,裂變釋放,的,

7、的能量相,當(dāng),當(dāng)于2800噸標,準,準煤燃燒,釋,釋放的能,量,量,10,核裂變鏈,式,式反應(yīng),裂變反應(yīng),中,中放出的,中,中子與其,它,它可裂變,核,核碰撞，,引,引起新的,核,核裂變，,放,放出第二,代,代中子，,再,再引起核,裂,裂變反應(yīng),，,，放出第,三,三代中子,，,，如此持,續(xù),續(xù)下去的,過,過程。,11,維持鏈式,反,反應(yīng)的條,件,件,飛走,被吸收，,不,不引起新,的,的裂變,被裂變核,吸,吸收，引,起,起新的裂,變,變,中子數(shù)=1，就可,使,使裂變反,應(yīng),應(yīng)持續(xù)下,去,去。自持型,中子數(shù)1，裂變,反,反應(yīng)越來,越,越強。發(fā)散型,中子數(shù)1，裂變,反,反應(yīng)越來,越,越弱。收斂型,1

8、2,中子的能,量,量,核裂變放,出,出的中子,按,按能量大,小,小分為：,快中子,熱中子,鈾-235吸收熱,中,中子發(fā)生,裂,裂變反應(yīng),的,的概率遠,遠,遠大 于,吸,吸收快中,子,子發(fā)生裂,變,變反應(yīng)的,概,概率；,采用慢化,劑,劑將快中,子,子慢化成,為,為熱中子,。,。,13,核能特點,核裂變反,應(yīng),應(yīng)放出巨,大,大的能量,；,；,核裂變反,應(yīng),應(yīng)不需要,氧,氧氣；,核裂變過,程,程伴隨放,射,射性物質(zhì),的,的產(chǎn)生。,14,核能的應(yīng),用,用,民用：發(fā),電,電,軍用：適,于,于作為動,力,力系統(tǒng),核裂變能,利,利用的特,點,點,需要采取,嚴,嚴格的輻,射,射防護措,施,施,運行管理,要,要

9、求很高,15,核能發(fā)電,原,原理,16,核動力的,軍,軍事應(yīng)用,核能系統(tǒng),潛艇核動,力,力裝置,水面艦船,核動力裝,置,置,空間核能,裝,裝置,攻擊型核,潛,潛艇,彈道導(dǎo)彈,核,核潛艇,航空母艦,巡洋艦,驅(qū)逐艦,核商船,空間核電,源,源,空間核推,進,進裝置,核武器,17,發(fā)展核能,的,的意義,有利于保,障,障國家能,源,源安全,有利于調(diào),整,整能源結(jié),構(gòu),構(gòu)，改善,大,大氣環(huán)境,有利于提,高,高裝備制,造,造業(yè)水平,，,，促進科,技,技進步,18,世界核電,發(fā),發(fā)展現(xiàn)狀,截止2011年3,月,月，世界,上,上共有443臺運,行,行核電機,組,組裝機容,量,量37832.4,萬,萬千瓦；,在,

10、在建63臺，裝,機,機容量6545.4萬千瓦,。,。,全世界已,有,有30個,國,國家擁有,核,核電站。,法,法國已將,核,核能作為,該,該國主要,能,能源。一,些,些在利用,核,核能方面,發(fā),發(fā)展較晚,的,的國家也,陸,陸續(xù)準備,展,展開各自,建,建造核電,站,站的計劃,。,。,19,國家,容,容量(百萬瓦特)占,發(fā),發(fā)電總量,份,份額,阿根廷9357.0%,亞美尼亞37645.0%,比利時5,94351.7%,巴西1,9013.0%,保加利亞1,90635.9%,加拿大12,67914.8%,中國（大陸）10,2341.9%,捷克3,68633.8%,芬蘭2,72132.9%,法國63,2

11、3675.2%,德國20,33926.1%,匈牙利1,88043.0%,印度4,7802.2%,日本47,34828.9%,韓國17,71634.8%,墨西哥1,3104.8%,國家,容,容量(百萬瓦特),占,占發(fā)電總,量,量份額,荷蘭4853.7%,巴基斯坦4002.7%,羅馬尼亞1,31020.6%,俄羅斯23,08417.8%,斯洛伐克1,76053.5%,斯洛文尼,亞,亞和克羅地亞,69637.9%+8.0%,南非1,8004.8%,西班牙744817.5%,瑞典9,39937.4%,瑞士3,25239.5%,中國臺灣4,92720.7%,烏克蘭13,16848.6%,英國10,962

12、17.9%,美國101,22920.2%,全球376,31314%,20,世界核電,發(fā),發(fā)展階段,第一階段,，,，主要是,實,實驗階段,，,，只有一,些,些早期的,反,反應(yīng)堆模,型,型。,第二階段,，,，核電工,業(yè),業(yè)已經(jīng)進,入,入了商業(yè),應(yīng),應(yīng)用階段,，,，技術(shù)趨,于,于成熟。,主要的技,術(shù),術(shù)是壓水,堆,堆、沸水,堆,堆、重水,堆,堆、石墨,氣,氣冷堆和,鈉,鈉冷快堆,等,等。在這,個,個階段，,全,全球的核,電,電裝機容,量,量穩(wěn)步增,長,長，但各,地,地區(qū)增長,速,速度不同,，,，增長主,要,要集中在,亞,亞洲的新,興,興國家。,在第三階,段,段是核電,發(fā),發(fā)展的階,段,段。,在這個階

13、,段,段，每年,核,核電新增,裝,裝機容量,將,將達到20十億瓦,，,，而且增,長,長將繼續(xù),幾,幾十年。,第,第三代核,反,反應(yīng)堆的,早,早期是先,進,進輕水反,應(yīng),應(yīng)堆時期,，,，主要的,技,技術(shù)為先,進,進沸水反,應(yīng),應(yīng)堆、歐,洲,洲壓水堆,、,、System80+和AP600等。,21,世界核電,發(fā),發(fā)展趨勢,第三代核,反,反應(yīng)堆后,期,期，將會,繼,繼續(xù)提升,核,核電站的,經(jīng),經(jīng)濟效益,。,。目前全,球,球使用的,反,反應(yīng)堆主,要,要是第二,代,代的反應(yīng),堆,堆核部分,第,第三代早,期,期反應(yīng)堆,的,的試點。,未,未來第四,代,代核反應(yīng),堆,堆發(fā)展的,方,方向包括,：,：更好的,經(jīng),

14、經(jīng)濟性、,更,更高的安,全,全性、更,少,少的廢棄,物,物核和防,止,止擴散技,術(shù),術(shù)。,22,我國核能,利,利用現(xiàn)狀,截至目前,，,，中國已,有,有商業(yè)運,行,行核電機,組,組13臺,，,，在建28臺，預(yù),計,計到2020年將,達,達到100多臺。,中,中國已經(jīng),建,建立了比,較,較完整的,核,核安全監(jiān),管,管體系，,包,包括政府,監(jiān),監(jiān)管部門,、,、地區(qū)核,安,安全監(jiān)督,站,站以及相,關(guān),關(guān)技術(shù)支,持,持單位。,我,我國首批AP1000核電,站,站作為未,來,來標準型,的,的三代新,技,技術(shù)的依,托,托項目已,經(jīng),經(jīng)開建，,其,其中，浙,江,江三門核,電,電1號機,組,組和山東,海,海陽核

15、電1號機組,的,的在建工,作,作進行得,非,非常順利,。,。,23,24,第三代核,能,能系統(tǒng)典,型,型代表,AP1000的特點,西屋公司,在,在已開發(fā),的,的非能動,先,先進壓水,堆,堆AP600的基,礎(chǔ),礎(chǔ)上開發(fā),了,了AP1000。,AP1000為單,堆,堆布置兩,環(huán),環(huán)路機組,，,，電功率1250MWe，,設(shè),設(shè)計壽命60年，,主,主要安全,系,系統(tǒng)采用,非,非能動設(shè),計,計，布置,在,在安全殼,內(nèi),內(nèi)，安全,殼,殼為雙層,結(jié),結(jié)構(gòu)，外,層,層為預(yù)應(yīng),力,力混凝土,，,，內(nèi)層為,鋼,鋼板結(jié)構(gòu),。,。,25,AP1000核島,示,示意圖,26,第四代核,能,能系統(tǒng)簡,述,述,六種第四,代

16、,代核能系,統(tǒng),統(tǒng),27,1.氣體,冷,冷卻快堆,系,系統(tǒng)（GFR),系統(tǒng)描述,：,：氣體冷卻,快,快堆是一,種,種快中子,能,能譜的氦,氣,氣冷卻反,應(yīng),應(yīng)堆，具,有,有封閉的,燃,燃料循環(huán),。,。堆芯布,局,局可以基,于,于菱形的,塊,塊狀、柱,狀,狀或板狀,燃,燃料組件,進,進行布置,。,。GFR,采,采用直接,循,循環(huán)的布,朗,朗循環(huán)氣,輪,輪機進行,發(fā),發(fā)電，或,者,者可以隨,時,時利用其,為,為生產(chǎn)氫,的,的熱化工,產(chǎn),產(chǎn)品供熱,。,。,28,優(yōu),點,點,：,快,快,中,中,子,子,跟,跟,錒,錒,系,系,元,元,素,素,結(jié),結(jié),合,合,將,將,放,放,射,射,性,性,廢,廢,物,物,減,減,到,到,最,最,少,少,。,。,能,能,更,更,有,有,效,效,利,利,用,用,易,易,裂,裂,變,變,和,和,可,可,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn),換,換,的,的,材,材,料,料,。,。,發(fā),展,展,情,情,況,況,：GFR,的,的,技,技,術(shù),術(shù),主,主,要,要,來,來,源,源,于,于,大,大,量,量,的,的,熱,熱,中,中,子,子,氣,氣,體,體,反,反,應(yīng),應(yīng),堆,堆,和,和,少,少,量,量,的,的