《核能应用完》PPT课件.ppt

《《核能应用完》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《核能应用完》PPT课件.ppt（50页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、二、核能应用20142014年年年年1010月月月月1 核能应用原理2 核能的应用3 核技术应用目 录第 1 章 核能应用原理1.1 什么是核能1.2 核科学技术的发展 核能（或称原子能）是通核能（或称原子能）是通过转化原子核化原子核质量而从原子量而从原子核核释放的能量。放的能量。太阳太阳原子原子弹爆炸爆炸1.1 什么是核能爱因斯坦能因斯坦能质定理定理释放原子能的两种方法：放原子能的两种方法：l核聚核聚变（fusion）l核裂核裂变（fission）核能的来源核能的来源核聚变（核聚变（Nuclear fusion）l指指由由质量量小小的的原原子子，主主要要是是指指氘或或氚，在在一一定定条条件件

2、下下（如如超超高高温温和和高高压），发生生原原子子核核互互相相聚聚合合作作用用，生生成成新新的的质量量更更重重的的原子核，并伴随着巨大的能量原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反放的一种核反应形式。形式。核聚变的两大优点核聚变的两大优点l核核聚聚变能能可可为人人类提提供供“取取之之不不尽尽用用之之不不竭竭”的的能能源源。地地球球上上仅在在海海水水中中就就有有45万万亿吨吨氘，1升升海海水水中中所所含含的的氘，经过核核聚聚变可可提提供供相相当当于于300升升汽汽油油燃燃烧后后释放放出出的的能能量量。地地球球上上蕴藏藏的的核核聚聚变能能约为蕴藏藏的的可可进行行核核裂裂变元元素素所所能能释出出的的

3、全全部部核核裂裂变能能的的1000万万倍倍，可可以以说是是取取之之不不竭竭的的能能源源。至至于于氚，虽然然自自然然界界中中不不存存在在，但但靠靠中中子子同同锂作作用用可可以以产生生，而而海海水水中中也也含含有有大量大量锂。l核聚核聚变不会不会产生生污染染环境的放射性物境的放射性物质。核聚变的实现方式核聚变的实现方式l聚聚变反反应需需要要非非常常高高的的温温度度（上上亿摄氏氏度度），以以克克服服两个两个带正正电的的氘核之核之间的巨大排斥力的巨大排斥力 l目前主要的几种可控核聚目前主要的几种可控核聚变方式：方式：超声波核聚超声波核聚变激光激光约束（束（惯性性约束）核聚束）核聚变磁磁约束核聚束核聚变

4、（托卡（托卡马克）克）l目目前前，实现受受控控核核聚聚变还存存在在许多多困困难，核核聚聚变能能的的大大规模和平利用模和平利用还尚需尚需时日。日。全超导非圆截面托卡马克全超导非圆截面托卡马克 中国新一代热核聚变装置中国新一代热核聚变装置EAST国际热核实验反应堆国际热核实验反应堆ITER 负负责责这这一一项项目目的的中中国国科科学学院院等等离离子子体体所所所所长长李李建建刚刚研研究究员员是是我校我校78级学员级学员 核裂变（核裂变（Nuclear fission）l又又称称核核分分裂裂，是是一一个个原原子子核核分分裂裂成成几几个个原原子子核核的的变化化。一一般般由由重重的的原原子子（主主要要是是

5、指指铀或或钚）分分裂裂成成较轻的的原原子子的的一一种种核核反反应形式。形式。l一一个个重重核核吸吸收收一一个个中中子子分分裂裂成成两两个个轻核核，同同时放放出出数数个个中中子子和和一定的能量。一定的能量。l常用的易裂常用的易裂变核：核：U-233，U-235，Pu-239，Pu-241U-235核裂变反应式核裂变反应式lU-235每次裂每次裂变平均放出平均放出2.43个中子。个中子。12核裂变释放的能量核裂变释放的能量l如何使如何使U235U235原子核中原子核中蕴藏的能量藏的能量释放出来放出来呢？呢？科学家科学家经过实验和研究和研究发现，当一个，当一个铀235原子核在原子核在吸收了一个能量适

6、中的中子后，吸收了一个能量适中的中子后，这个原子核由于内部不个原子核由于内部不稳定而分裂成两个或多个定而分裂成两个或多个质量量较小的原子核（裂小的原子核（裂变碎片）碎片），这种种现象叫作核裂象叫作核裂变。每次核裂。每次核裂变可可释放出放出约200兆兆电子伏能量和子伏能量和2-3个新的中子。个新的中子。核裂变释放的能量核裂变释放的能量l1个个U-235原子核裂原子核裂变平均平均释放的放的总能量：能量：200MeVl1kgU-235完全裂完全裂变释放的能量：放的能量：19,600,000,000 kcal【比较】【比较】化石燃料完全燃化石燃料完全燃烧放出的化学能（放出的化学能（4.1eV）：）：1

7、kg标准煤准煤 7,000 kcal1L重油重油 9,900 kcal1m3天然气天然气 9,800 kcal1kgU-235裂裂变释放的能量相当于放的能量相当于2800吨吨标准煤燃准煤燃烧释放放的能量的能量14核裂变链式反应核裂变链式反应l裂裂变反反应中中放放出出的的中中子子与与其其它它可可裂裂变核核碰碰撞撞，引引起起新新的的核核裂裂变，放放出出第第二二代代中中子子，再再引引起起核核裂裂变反反应，放放出出第第三三代代中中子子，如如此此持持续下去的下去的过程。程。15维持链式反应的条件维持链式反应的条件l飞走走l被吸收，不引起新的裂被吸收，不引起新的裂变l被裂被裂变核吸收，引起新的裂核吸收，引

8、起新的裂变中子数中子数=1，就可使裂，就可使裂变反反应持持续下去。下去。自持型自持型中子数中子数1，裂，裂变反反应越来越越来越强。发散型散型中子数中子数1，裂，裂变反反应越来越弱。越来越弱。收收敛型型16核能特点及其军事应用l核裂核裂变反反应放出巨大的能量；放出巨大的能量；l核裂核裂变反反应不需要氧气；不需要氧气；l核裂核裂变过程伴随放射性物程伴随放射性物质的的产生。生。核裂核裂变能利用的特点能利用的特点适于作适于作为动力系力系统；需要采取需要采取严格的格的辐射防射防护措施；措施；运行管理要求很高。运行管理要求很高。17核动力的军事应用核动力的军事应用核能系核能系统潜艇核潜艇核动力装置力装置水

9、面水面舰船船核核动力装置力装置空空间核能装置核能装置攻攻击型核潜艇型核潜艇弹道道导弹核潜艇核潜艇航空母航空母舰巡洋巡洋舰驱逐逐舰核商船核商船空空间核核电源源空空间核推核推进装置装置核武器核武器18原子弹及核爆原子弹及核爆The mushroom cloud of the atomic bombing of Nagasaki,Japan in 1945 rose some 18 kilometers(11miles)above the bombs hypocenter.1.2 核科学技术的发展q 1896年，发现放射性q 1897年，发现电子 q 1905年，建立质能转换方程q 1911年，提出

10、原子核概念q 1932年，发现中子 q 1938年，发现核裂变。确定自持链式反应核科学的发现是人类认识世界的重大进步核科学的应用是人类在20世纪的重要创造20 第 2 章 核能的应用2.1 核武器 1）核武器种类及原理 2）核武器技术及发展 3）核武器现状及未来 核武器v利用原子核反应在瞬间释放的巨大能量而起杀伤破坏作用的武器。v冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲 v原子弹、氢弹，特殊性能弹1）核武器种类及原理核武器研制的关键问题核武器研制的关键问题核材料材料的生产原子弹的临界质量、临界与裂变点火的技术途径、高能炸药爆轰规律等氢弹聚变材料的点燃、利用适当的材料和构形实现热核爆炸等

11、2）核武器技术及发展核武器核物理中子物理凝聚态物理计算物理爆轰与冲击波物理等离子体物理流体力学辐射输运理论材料科学与工程加工工艺与制造环境工程实验工程诊断技术与工程总体设计工程电子学工程核武器技术：核武器物理核武器物理+核武器工程核武器工程2）核武器技术及发展核武器的投射 洲际弹道导弹 战略轰炸机 陆、海、空“三位一体”现代核威慑力量2）核武器技术及发展核武器的性能评价及技术发展方向核武器的性能评价及技术发展方向q 比威力q 核装料利用率q 干净化程度q 突防能力q 可靠性q 安全性q 生存能力2）核武器技术及发展核武器分代及新型核武器核武器分代及新型核武器 核武器的出现核武器的出现德国 美国

12、 日本核试验核试验美1056 俄715 英45 法2093）核武器的现状及未来可部署核弹头的最新统计可部署核弹头的最新统计美2150 俄2430 英185法、中、印、巴、以、朝2018年前美俄可部署战略核弹头限制在1550枚美 国核武器作用：核威慑、核实战并重，保持战略稳定，对盟国延伸保护。使用原则：拒绝承诺不首先使用核武器，承诺不对缔结并遵守NPT无核国家使用核武器。发展趋势：核与非核结合，进攻与防御结合，陆海空天一体化、信息化作战，从精确打击向全球快速打击发展。主要机构：能源部下属的洛斯阿拉莫斯、劳伦斯里弗莫尔、圣迪亚等3个国家实验室以及5个核军工厂3）核武器的现状及未来俄罗斯。确保国家安

13、全的最重要因素，维持国际战略平衡和保持大国地位。放弃“不首先使用”，转到“先发制人”的核打击。主要研究机构是俄罗斯联邦核中心-全俄试验物理科学研究院3）核武器的现状及未来英国。防止潜在侵略者威胁国家关键利益。最低限度核威慑战略，与美国和北约核战略联系紧密。911事件后从强调第二次核打击能力转向先发制人。主要机构是埃德玛斯顿原子武器院。法国。国家安全与国防政策的基础，是主权自由发挥和维护重要利益的保障，是大国地位的象征和体现。主要机构是原子能委员会军事应用部，负责研制、试验和生产，下设里梅尔-凡伦顿中心负责核弹头设计研究。中国。保持有限的核反击力量，遏制他国可能的核攻击。不首先使用核武器，自卫防

14、御核战略，在国家遭受核袭击时，使用导弹核武器或联合其他军种核力量，实施反击。主张全面禁止和彻底销毁核武器。不扩散核武器条约NPT 1968年开放，70年生效全面禁止核试验条约CTBT 1996年联大通过 核裁军进程 国际原子能机构（IAEA）的作用 核出口供应集团（NSG）与核出口委员会(Zangger)国际社会消除核武器的努力3）核武器的现状及未来 国际热点核问题 印度、巴基斯坦、以色列、朝鲜的核问题 伊拉克、伊朗、日本的核问题 核走私与恐怖主义威胁 2.2 核 电1）核电站原理2）世界核电发展的三个阶段3）核电站反应堆技术的发展定义：装配了核燃料以实现大规模可控链式核裂变反应的装置。rea

15、ctor 反应堆 分类：用途、中子能量、核燃料、慢化剂、冷却剂。1）核电站原理应用：海、陆、空、天。核电站，又称核电厂，以铀、钚等作燃料，将裂变反应中产生的能量转变为电能的发电厂。1）核电站原理稳压器稳压器反应堆反应堆汽轮机汽轮机主泵主泵蒸汽发生器蒸汽发生器发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器循环泵循环泵控制棒控制棒1951年世界第一次核能发电1954年世界第一座试验核电站2）世界核电发展的三个阶段试验示范阶段（试验示范阶段（1946194619651965）美国，Shippingport 原型压水堆核电站、Dresden原型沸水堆核电站；苏联，100MW原型石墨沸水堆和265MW原型压水堆；

16、英、法、加、西德等选择使用天然铀核电站路线。高速发展阶段（高速发展阶段（1966196619801980）欧美日经济快速发展，担心石油供应+核电经济性，制定庞大核电计划。美国于19661973年签约170GW。美国开始大规模出口经济性占优的浓缩铀反应堆技术，法、瑞、日、西德等国先后改变技术路线；苏联及东欧核电快速发展；发展中国家购买核电厂，引进技术。2）世界核电发展的三个阶段滞缓发展阶段（滞缓发展阶段（19811981）石油危机使经济发展减缓；大规模采用节能措施；天然气的大规模使用；核电经济性下降；核电管理滞后；核事故的影响。3）核电站反应堆技术的发展第3章 核技术应用3.1 概述3.2 工业

17、3.3 农业3.4 医疗3.5 环保3.6 考古3.7 同辐公司及未来发展核技术应用(民用)动力非动力 热中子（常规核电，海陆空天）快中子 同位素 同位素生产 同位素仪表 同位素直接应用反应堆生产加速器生产 辐照 钴源(）加速器辐照（电子）反应堆辐照（中子辐照）加速器产业 电子加速器 质子、重离子加速器3.1概述概述油田测井技术烟雾报警仪辐照交联接枝改性辐照轮胎料位计X射线探伤等离子束辐射加工集装箱检测等安防系统3.2 工 业 辐射育种示踪剂昆虫不育技术种子太空照射食品保鲜辐照灭菌3.3 农 业同位素造影术肿瘤放射治疗放射性诊断医学示踪剂技术消毒灭菌药物作用机理研究生物医学研究 核医学3.4

18、医 疗u环境污染分析,PM2.5u生活/工业废水处理u火电厂烟气脱硫脱硝u垃圾处理厂二恶英 3.5 环 境碳碳-14-14考古年代考古年代耶稣基督耶稣基督“裹尸布裹尸布”的传说的传说拿破仑死亡之谜拿破仑死亡之谜三星堆另一支史前文化？三星堆另一支史前文化？微量元素的定性及定量测定微量元素的定性及定量测定3.6 考 古英英 国国 Isotron Isotron辐照公司，辐照公司，Amersham Amersham 阿默萨姆阿默萨姆（全球同位素药物标记物等最大的生产商）（全球同位素药物标记物等最大的生产商）加拿大加拿大 MDS Nordion MDS Nordion 诺迪安诺迪安 （最大的（最大的6

19、0Co60Co生产生产商）商）美美 国国 Sterigenics Sterigenics辐照公司，辐照公司，Steris Isomedix Steris Isomedix辐辐照公司，照公司，Canberra Canberra 核仪器公司，核仪器公司，RaychemRaychem（世界首家辐射加工高技术跨国（世界首家辐射加工高技术跨国公司）公司）比利时比利时 IBA IBA（世界上最大的辐照加速器成套设备生（世界上最大的辐照加速器成套设备生产公司）产公司）中中 国国 中国同位素与辐射公司中国同位素与辐射公司同辐技术的发展趋势同辐技术的发展趋势3.7 同辐公司及未来发展第4章 核能在世界能源中的地

20、位与作用4.1 为人类提供长期稳定的能源4.2 核电是经济清洁安全的新能源4.1 为人类提供长期稳定的能源v人类生存发展面临能源的严峻挑战人类生存发展面临能源的严峻挑战 化化石石燃燃料料资资源源有有限限，不不可可能能长长期期满满足足人人类类生生存存发发 展展需要。需要。常规能源有限，几十或数百年将耗尽！常规能源有限，几十或数百年将耗尽！直接燃烧化石燃料，给环境造成严重威胁直接燃烧化石燃料，给环境造成严重威胁 排放大量有害物质：排放大量有害物质：一一氧氧化化碳碳、烟烟尘尘、二二氧氧化化硫硫、氮氮氧氧化化物物、二二氧氧化化碳碳（温温室室效效应）；三、四苯芘（强致癌）；放射性飘尘（辐射损伤）。应）；

21、三、四苯芘（强致癌）；放射性飘尘（辐射损伤）。煤污染最严重，石油次之，天然气相对干净煤污染最严重，石油次之，天然气相对干净v核能为人类生存发展提供长期稳定的能源！核能为人类生存发展提供长期稳定的能源！4.2 核电是经济清洁安全的新能源核电的经济性核电的经济性v核电站：核电站：建造成本高，燃料成本低建造成本高，燃料成本低 100万千瓦，万千瓦，每年每年30吨吨核燃料（核燃料（235U消耗消耗 1吨）吨）v 煤电站煤电站：低能、耗料量大：低能、耗料量大 建造成本低，燃料成本高建造成本低，燃料成本高 100万千瓦，每年万千瓦，每年330万吨优质煤万吨优质煤(每天每天150节节60吨车皮吨车皮)v在一

22、定条件下，核电成本比煤电低在一定条件下，核电成本比煤电低 1999年年美美国国核核电电成成本本每每度度1.88美美分分，煤煤电电是是2.07 美分，油电是美分，油电是3.18美分，天然气是美分，天然气是3.52美分。美分。发发达达国国家家环环保保要要求求，煤煤电电要要加加脱脱硫硫装装置置，增增加加煤煤电电成本。成本。核电的清洁性核电的清洁性v没没有有化化学学燃燃烧烧、不不排排放放有有害害物物质质，对对保保护护环环境境有重要意义。有重要意义。v世世界界每每年年排排放放200多多亿亿吨吨CO2，引引起起“温温室室效效应应”，给给环环境境造造成成严严重重后后果果（气气温温上上升升、生生态态平衡）平衡

23、）v1997.12:177国国参参加加的的日日本本会会京京都都议议，签签署署了了削削减减温温室室气气体体排排放放的的京京都都议议定定书书2006-2010：美美减减7%；欧欧减减8%；日日减减6%；100多多个国家批准（中、俄、欧盟、日）个国家批准（中、俄、欧盟、日）v京都议定书京都议定书2005.2.16生效，有生效，有141国批准国批准 核电的安全性核电的安全性 反应堆不是原子弹，决不会发生核爆炸！反应堆不是原子弹，决不会发生核爆炸！v核电站的安全运行在技术上有保障：核电站的安全运行在技术上有保障：采取多重措施，防止放射性泄漏事故。采取多重措施，防止放射性泄漏事故。v 四四道道屏屏障障保保护护：耐耐高高温温陶陶瓷瓷块块（包包容容98%放放射射性性产产物物）；燃燃料料包包壳壳；一一回回路路压压力力边边界；安全壳。界；安全壳。谢谢大家！50