《核能的地位和作用》PPT课件.ppt

张 继 革上 海 交 通 大 学2010 核 舰 艇 核 动 力 航 母 核 电 厂氢 弹 原 子 弹 科 学 技 术百 科 全 书 ：“ 能 源 是 可从 其 获 得 、和 之类 能 量 的 资源 ” 日 本 大 百 科 全 书 ：“ 在 各 种 生 产 活 动 中 ，我 们 利 用 等 来作 功 ， 可 利 用 来 作 为这 些 能 量 源 泉 的 自 然界 中 的 各 种 载 体 ， 称为 能 源 ” 大 英 百 科 全书 ： “ 能 源 是一 个 包 括 着 所 有、 、和 的 术 语 ，人 类 用 适 当 的 转换 手 段 便 可 让 它为 自 己 提 供 所 需的 能 量 ” 我 国 的 能 源 百 科 全书 ： “ 能 源 是 可 以直 接 或 经 转 换 提 供 人类 所 需 的等 任 一 形 式 能 量 的载 能 体 资 源 。 ” 太 阳 或 其它 星 球 地 球 星 球 引 力能 源 一 年 1/1000现 在 全 世 界 一年 消 耗 的 能 量还 不 及 它 的 万分 之 一 返 回999/1000 化 学 能 贮 存 地 核 （ 2000度 ）地 幔 地 壳 仅 开 采 地 下 3公 里 以 内 的 地 热资 源 ， 就 可 相 当 于 燃 烧 29000亿 吨 煤 所 产 生 的 能 量 返 回所 释 放 的 能 量 比 全 世 界 现 有 能 源 总 量放 出 的 能 量 大 千 万 倍铀 矿 石海 洋 返 回 相 对 位 置 周 期 性的 变 化 ， 它 们 之间 产 生 的 引 力 天 然 存 在 且 未 加 工 或转 换 的 能 源 一 次 能 源 转 换 成其 他 种 类 的 能 源 返 回 再 生 能 源 新 能 源 世 界 能 源 消 费 结 构 （ 2000年 ） 煤 40% 石 油25% 天 然 气 22%核 能 8%其 它 5%核 电 在 世 界 能 源 消 费 中 占 8%（ 2000年 ） 核 电 在 世 界 电 力 能 源 中 占 17%（ 2000年 ） 世 界 电 力 能 源 结 构 （ 2000年 ） 其 它 2% 核 能 17% 水 力 18% 天 然 气 15% 石 油 11% 煤 37%化 石 能 源 fossil fuels占 总 能 源 的 85 。 化 石 能 源 占 总 电 力 能 源 的 30 。石 油 用 于 发 电 非 常 可 惜 。 我 们的 子孙 还有吗 ？我 们 的 子 孙还 有 吗 ？ 能源的可持续我 们 的 子 孙 的 子 孙 还 能吗 ？ 返 回 规 模 受 到 环 境 、 季节 、 地 理 位 置 等 条件 的 限 制 现 在 的 开 发技 术 不 足 返 回 海 洋 铀 、 钍 矿 石 如 全 部 利 用 ，能 供 使 用年氘 （ 来 自 海 水 ） 、 锂40亿 万 吨 2千 多 亿 吨 如 实 现 可 控 核 聚 变 ，能 供 使 用 年 返 回 n 能 源 造 成 的 大 气 污 染n 大 气 污 染 对 环 境 的 影 响n “ 污 染 大 国 ” 造 成 臭氧 层 破 坏臭 氧 层 能 吸 收 阳 光 中 的 紫外 线2001/9 2002/9（ 红 色 和 蓝 色 区 为 空 洞 ）地 面 放 出 的 长 波 热 辐 射 被大 气 的 CO2气 体 吸 收 ， 无 法散 逸 出 高 空 ， 地 球 就 象 盖上 了 一 层 “ 厚 厚 的 毯 子 ” 地 球 气 温 变 暖 冰 川 融 化 ， 海 平 面 上 升出 现 更 多 的 飓 风 与 龙 卷 风 等 自 然 灾 害我 国 的 酸 雨 区 水 蒸 汽 破 坏 土 壤 ， 影 响 农 作 物 生 长 ，破 坏 生 态 平 衡酸 雨 重 灾 区酸 雨 区 CO2排 放 量 （ 百 万 吨 ） 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 美 国 中 国 俄 罗 斯 日 本 德 国 印 度 英 国 NetherlandsChinaU.K.ItalyChinese Taipei U.S.AGermanyJapanKoreaCanada FranceSweden 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20CO2emissions per kWh 瑞 士法 国加 拿 大韩 国日 本德 国美 国中 国 台 北意 大 利英 国中 国荷 兰 每 千 瓦 发 电 量 的 CO 2排 放 量*2000, OECD/IEA统 计 数 据 n 核 能 没 有 污 染 气 体 排 放n 干 净 的 核 电 厂 二 氧 化 碳 CO2煤天 然 气石 油 核 能 煤天 然 气石 油核 能氮 氧 化 物 NOx 二 氧 化 硫 SO2煤天 然 气石 油核 能核 电 正 是 “ 最 安 全 、最 清 洁 、 且 经 济 效 益最 高 的 电 力 资 源 ”非 污 染 能 的 结 构 核 电 站 核 电 站 核 电 站 核反应的能量射线的辐照 n 太 阳 与 地 球 的 能 量 来 源n 太 阳 的 核 聚 变 反 应 区n 地 球 是 个 巨 型 核 电 站 吗n 生 活 中 的 辐 射 太 阳 是 个 巨 大 的 热 核 反 应 堆 ！ 一 个 大 胆 的 假 设 ：地 球 本 身 就 是 一 个 大 的 核 反 应 堆 ！“ 反 应堆 ”用 于 发 生 核裂 变 或 聚 变反 应 的 装 置一 般 称 为 核反 应 堆 。 由 于 和 ， 使原 子 进 行 着 激 烈 的 运 动和 变 化 ，不 断 进 行 ， 同 时 释放 出 巨 大 的 能 量 目 前 尚 未 得 到 最 终的 科 学 证 明美 国 地 球 物 理 学 家 玛文 亨 顿 的 理 论 :我 们 脚 下 4000公 里 深 的 地 方 ， 一 颗 直 径 达 5公 里 的 正 在 燃 烧 着 、 搅 动 着 ， 并 因 此产 生 了 地 球 磁 场 以 及 为 火 山 和 大 陆 板 块 运 动提 供 能 量 的 地 热 。成 功 地 解 释 了 地 磁逆 转 之 谜传 统 的 理 论 认 为 ， 地 球 的 内 核是 由 构 成 的 晶 体 ， 在 向周 围 的 液 态 外 核 的 过 程 中逐 渐 冷 却 和 膨 胀 。这 一 理 论 无 法 解 释地 球 曾 发 生 的 地 磁逆 转 能 量 强 ， 可 破 坏 生 物 细 胞分 子 电 离 辐 射 为 源 自 原 子 核 内各 种 变 化 所 产 生 之 辐 射 能 量 弱 ， 不 会 破 坏 生 物 细胞 分 子 如 微 波 、 光 、 无 线 电 波 、电 力 电 磁 场 。 当 原 子 核 处 于 不 稳 定 的 激 发 状 态 时 ， 它 多 余 的 能 量 将 以 放 出 粒 子 或 电 磁 波的 形 式 被 带 出 该 原 子 。 这 种 带 有 能 量 输 出 的 粒 子 或 波 称 为 核 辐 射 或 射 线 。辐射是能量传递的一种方式 什 么 是 辐 射 核辐射 公 众 的 电 离 辐 射 照 射 量 医 疗 X光 照 射 11% 核 医 学 4% 日 常 消 费 3% 宇 宙 射 线 8% 陆 地 射 线 8% 体 内 放 射 性 物 质 11% 氡 气 55% 宇 宙 辐 照 陆 地 辐 照 体 内 辐 照 氡 气核 电 站 周 围 辐 射 剂 量 为 0.01mSv/年肺 部 透 视 一 次 辐 射 剂 量 为 0.02mSv拍 一 次 胸 片 的 照 射 剂 量 为 0.12mSv北 京 与 欧 洲 之 间 乘 飞 机 往 返 一 次 的 辐 射 剂 量 为 0.04毫 希允 许 标 准 ： 公 众 剂 量 不 超 过 1mSv/年 0.5 核 能 史 话 原 子原 子 的 尺 寸 ： 10-10m 原 子 核 的 尺 寸 ： 10-15m电 子 质 子中 子 原 子 核132质 量 数质 子 数中 子 数 =质 量 数 -质 子 数同 位 素 衰 变衰 变 衰 变物 质 自 发 放 出 射 线 的性 质 叫 放 射 性也 称 为 核 辐 射 图 1-27 费 米 与核能相关的伟大发现贝 克 勒 耳 居 里 夫 人 约 里 奥 .居 里 夫 妇 费 米查 德 威 克 哈 恩 现 代 物 理 学 的揭 幕 人威 廉 伦 琴返 回 亨 利 贝 克 勒 耳原 子 科 学 发 展 的第 一 个 重 大 发 现硫 酸 钾 铀返 回 居 里 夫 妇的 射 线 强 度 是纯 的 九 百 倍揭 开 了 原 子 时 代的 序 幕 返 回 “ 核 子 科 学 之 父 ” 卢 瑟 福 卢 瑟 福 因 此 获 1908年 诺 贝 尔 化 学 奖 以 后 ， 卢 瑟 福 和 索 迪 等 人 进 一 步 研 究放 射 性 元 素 递 次 变 化 （ 即 衰 变 链 系 ） 的 线索 ， 发 现 如 下 衰 变 链 ：索 迪 因 此 及 对 同 位 素 起 源 和 性 质 研 究获 1921年 诺 贝 尔 化 学 奖 。元 素 衰 变 理 论 打 破 了 自 古 希 腊 以 来 人们 相 信 的 原 子 永 远 是 不 生 不 灭 的 传 统 观 念 ，而 认 为 一 种 元 素 的 原 子 可 以 变 成 另 一 种 元素 的 原 子 。 PbPoBiPo RnRaU 1000TT 2/12/1 多 年几 百 万 年 返 回 原 子 核 “ 量 子 力 学 的 奠 基者 之 一 ” VK海 森 泊质 子中 子 卢 瑟 福返 回 卢 瑟 福 原 子“ 核 子 科 学 之 父 ” 卢 瑟 福 卢 瑟 福 用 镭 发 射 的 粒 子 作 “ 炮 弹 ” ， 研 究 被 轰 击 的 粒 子的 情 况 。 1919年 ， 终 于 观 察 到 氮 原 子 核 俘 获 一 个 粒 子 后 放 出一 个 氢 核 ， 同 时 变 成 了 另 一 种 原 子 核 的 结 果 ， 18N 17O p 。这 是 人 类 历 史 上 第 一 次 实 现 原 子 核 的 人 工 衰 变 ， 使 古 代 炼金 术 士 梦 寐 以 求 的 把 一 种 元 素 变 成 另 一 种 元 素 的 空 想 变 成 现 实 。当 时 卢 瑟 福 写 了 一 本 书 就 取 名 为 新 炼 金 术 。返 回 1920 卢 瑟 福 预 言 ： 原 子 核 = 质 子 +“ 中 性 粒 子 ” ？ 1930 博 特 和 贝 克 尔 （ 德 ） ： Be 产 生 穿 透 力 强 的 射 线 （ 断 言 ） 1932 约 里 奥 居 里 夫 妇 ： Be 产 生 “ 中 性 射 线 ” ， 以 为 是 射 线 。 疑 惑 : 射 线 能 量 很 高 ? 1932 查 德 威 克 读 了 居 里 夫 妇 文 章 ， 马 上 进 行 实 验 。 指 出 ： “中 子 的 可 能 存 在 ” 42H e + 94Be 126C + n（ 中 子 ） 查 德 威 克原 子 科 学 发 展 的第 二 个 重 大 发 现 中 子 的 发 现 为 核 物 理 学 开 辟 了 一 个 新 的 纪 元 ，它 不 仅 使 人 们 对 原 子 核 的 组 成 有 了 一 个 正 确 的 认 识 ，而 且 为 人 工 控 制 原 子 核 提 供 了 有 效 手 段 。 它 可 以 说是 打 开 原 子 核 奥 秘 的 钥 匙 ， 在 开 发 原 子 能 的 伟 大事 业 中 大 显 身 手 。 返 回 约 里 奥 .居 里 夫 妇 返 回 哈 恩 的 实 验 桌哈 恩 确 认 了 中 子 轰 击铀 原 子 会 产 生 新的 较 轻 的 元 素费 米 原 子 核 吸 收 一 个 中 子 只会 变 成 下 一 个 元 素 。 原子 核 结 合 力 太 大 ， 不 可能 分 裂 约 里 奥 .居 里 夫 妇从 被 中 子轰 击 过 的铀 中 ， 测得 了 镧 的同 位 素1944年 ， 哈 恩 因 为 发现 了 “ 重 核 裂 变 反应 ” ， 荣 获 诺 贝 尔化 学 奖 。 提 出 了 铀 裂 变 的理 论 ， 并 发 现 了裂 变 时 放 出 核 能1939年梅 特 涅 与 侄 子 弗 里 施返 回 巨 大 能 量返 回 “ 原 子 弹 之 父 ”奥 本 海 默1939年 ， 爱 因 斯坦 写 信 给 美 国总 统 罗 斯 福 ，详 细 阐 述 了 研制 的 重要 性 。 “ 原 子 弹 之 父 ”奥 本 海 默 “ ”“ ” 第 一 次 使 用 热 核 反 应 装 置 的 核 聚 变 试 验 ， 1952年 11月 1日氢 弹 空 中 爆 炸 的 冷 凝 云 埃 尼 威 托 克 的 核 爆 炸 战 略 导 弹 的 核 弹 头 我 国 的 第 一 颗 原 子 弹1964年 10月 16日 15时我 国 的 第 一 颗 氢 弹1967年 6月 17日原 子 弹 最 大 的 核 爆 炸(氢 弹 ) “ 反 应 堆 之 父 ”费 米“ 芝 加 哥 ” 第一 号“人 类 于 此 首 次 完 成 自 持 链式 反 应 的 实 验 并 因 而 肇 始了 的 核 能 释 放 。 ” 美 国 的 核 电 站 （ 100多 座 ） 世 界 电 力 能 源 结 构 （ 2000年 ） 其 它 2% 核 能 17% 水 力 18% 天 然 气15% 石 油 11% 煤 37% 地 球 上 实 现 连 续 聚变 反 应 发 生 的 条 件是 温 度 必 须 超 过 磁 约 束等 离 子 体 目 前 最 高 温 度