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新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓新能源变换技术新能源变换技术张张 皓皓6/25/20241北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术核能资源概述以及利用方法核能发电 6/25/20242北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核能原子弹爆炸原子弹爆炸8.1核能资源概述以及利用方法第八章 核能开发与应用技术6/25/20243北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓(1)核能核能又称原子能。它是指原子核结构发生变化（核裂变、核聚变）时释放出的能量。核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。1kg铀235=1800 t 石油或2800 t 标准煤。第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/20244北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓它是指一个重原子核分裂成2个较轻的新原子核的过程，有自发和诱导两种，一般的核裂变指后者；用来进行核裂变反应并连续释放能量的物质，称核裂变燃料。铀铀=铀铀238（99.28%）+铀铀235（0.714%）+铀铀234（0.006%）第八章 核能开发与应用技术(2)核裂变反应8.1核能资源概述以及利用方法6/25/20245北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术(2)核裂变反应8.1核能资源概述以及利用方法核燃料核燃料235235U U是自然界仅有的能由热中子诱发裂变的核素。是自然界仅有的能由热中子诱发裂变的核素。238238U U是只能由快中子（是只能由快中子（11MeVMeV）诱发裂变，其主要原因是诱发裂变，其主要原因是238238U U是偶偶核素，外来中子的结合能比较小。是偶偶核素，外来中子的结合能比较小。6/25/20246北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓“链式反应”：如果核裂变反应中产生的中子再引起其它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断地进行下去。链式反应的速度极快，两次反应间隔时间只有2x10-14秒。在链式反应中，后一代中子数与前一代中子数之比称为倍增系数（k）。第八章 核能开发与应用技术(2)核裂变反应8.1核能资源概述以及利用方法6/25/20247北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的裂变Pu的生产的生产U分离技术是制造原子弹的关键技术分离技术是制造原子弹的关键技术第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/20248北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的裂变u自发裂变：势垒贯穿D1940年，首次发现U的自发裂变；D230Th有可能发生自发裂变，T1.51017a;D235U可发生自发裂变，T=1.81017a;D239Pu可发生自发裂变，T=5.51013a;第八章 核能开发与应用技术259Md自发裂变，T=1.8h;254Cf自发裂变，T=60.5d;252fAm自发裂变，T=14ms;8.1核能资源概述以及利用方法6/25/20249北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的裂变D一个一个U原子可以提供约原子可以提供约185MeV的能量，相当于的能量，相当于化学反应的一亿倍！化学反应的一亿倍！D一个一个U原子可以提供原子可以提供2.5中子，可以维持链式反中子，可以维持链式反应！应！u裂变能量分配：裂变能量分配：每个每个235U裂变释放约裂变释放约200MeV碎片的动能：碎片的动能：170MeV中子的动能：中子的动能：5MeVb-,g 的能量：的能量：15MeV中微子能量：中微子能量：10MeV第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202410北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓是指两个或两个以上较轻的原子核聚合成一个较重的原子核的反应；核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法(3)受控核聚变6/25/202411北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法(3)受控核聚变受控核聚变聚变条件聚变条件v库仑势垒：144KeV272keV 5.6 108Kv聚变温度：108K，等离子体状态v等离子体密度足够大，必须维持足够长的时间。vLawson判据：nt=1014s/cm3 T=10keV6/25/202412北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的聚变太阳能太阳能引力约束聚变引力约束聚变v碳循环：第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202413北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的聚变v质子-质子循环：v温度低于1.8x107K，质子-质子循环为主第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202414北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的聚变太阳太阳v每天燃烧5x1013吨氢，相当于3.5x1011吨的质量转化为能量；v所释放的能量相当于每秒爆炸900亿颗百万吨级的氢弹v太阳的质量：2x1027吨；v太阳核巨变反应：引力约束等离子体；v碳循环周期：6x106年，质子-质子循环周期：3x109年v太阳的外层温度：6000K,太阳的中心温度：15,000,000K第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202415北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓原子核的聚变氢弹氢弹惯性约束聚变惯性约束聚变vd+T反应截面比d+d反应大两个数量级vT的制备v氢弹方案：高效炸药+裂变原料+氘化锂v氢弹是不可控的热核反应第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202416北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓受控核聚变具有以下优点：(1)质能比高，是同质量核裂变释放能量的4倍；(2)原料足，从海水中可大量提取氘和氚；(3)无放射性，安全、清洁、不污染。核聚变能的和平利用目前尚处于研究阶段。第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202417北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓热中子反应堆对天然铀的利用率很低（只有0.7%）；快中子增殖反应堆以钚239为裂变燃料，组成堆芯，以铀238包围在堆芯周围，作为增殖层。可使天然铀的利用率达到60%70%。第八章 核能开发与应用技术(4)核电第二代核电第二代快中子增殖反应堆快中子增殖反应堆8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202418北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202419北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述 以及利用方法6/25/202420北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓中国核能发展的背景1964.10 试爆原子弹1967.06 试爆原子弹1971.10 核子潜艇下水1980.以军事技术为基础，发展核电第八章 核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法6/25/202421北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核能英国的原子能发电站英国的原子能发电站第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202422北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓(3)核电站利用核能来发电的装置称为核电站，目前大多数核电站是利用核裂变能来发电的；核电站的核心是核反应堆，核反应堆有多种类型，目前运行的核电站以热中子轻水堆居多；第八章 核能开发与应用技术6/25/202423北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓(3)核电站1954年，前苏联建成世界上第一座核电站；现在世界上有30多个国家的400多座核电站在运行，占世界总电力的20%左右；我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成和正式发电，秦山二期、三期核电工程、岭澳核电工程、连云港核电工程也将于近年内建成发电。第八章 核能开发与应用技术6/25/202424北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术300MW PWR300MW PWR自行自行设计设计、建造、建造95%95%件件数数(70%(70%金金额额)自自产产1985-19911985-1991，6.56.5年完成年完成19981998後，停後，停机机修理共修理共1414個月個月8.2 核核能能发发电电6/25/202425北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术秦山二期秦山二期300MW PWR300MW PWR机机型之放大型之放大2 2 600 MW PWR 600 MW PWR自行自行设计设计、建造，、建造，55%55%自自产产工程費用工程費用148148亿亿人民人民币币($1330/KW)($1330/KW)19961996开开工工8.2 核能发电核能发电6/25/202426北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术秦山三期秦山三期2 2 728 MW CANDU 728 MW CANDU加拿大加拿大设计技术设计技术工程費用工程費用$28.8$28.8亿亿美元美元8.2 核能发电核能发电6/25/202427北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术广东广东一期一期(大大亚湾亚湾)引引进进法法国技术国技术2 2 9 90 00 MW PWR0 MW PWR19841984整地，整地，994994，19951995商轉商轉工程費用工程費用4040亿亿美元美元8.2 核能发电核能发电6/25/202428北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术广东广东二期二期(领领澳澳)2 2 1000 MW PWR 1000 MW PWR与与法法国国法法马马通合作通合作工程費用工程費用$45$45亿亿美元美元8.2 核能发电核能发电6/25/202429北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202430北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202431北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202432北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核能1千克铀的原子核所释放的热量，大约相当于3570吨煤燃烧时的热量。发电量为100万千瓦的电站核燃料为核燃料为30吨吨/年年六辆解放牌载重汽车运输六辆解放牌载重汽车运输火力电站火力电站300多万吨煤多万吨煤/年年三列火车三列火车 40节车皮节车皮/天运天运输输第八章 核能开发与应用技术6/25/202433北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202434北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核能核能发电示意图核能发电示意图第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202435北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核核电电站站第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202436北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202437北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202438北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202439北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核电站的安全性 一般来说，如果防范措施得当，核电站是很安全的。历史上曾发生过两次核电站核泄露事故：一次是1979年3月18日，美国三里岛核电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸。第八章 核能开发与应用技术8.2 核能发电核能发电6/25/202440北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202441北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓核电站的问题核电站的主要问题：放射性核废料的处理 放射性核废料储存 放射性核废料最终处置第八章 核能开发与应用技术8.2 核能发电核能发电6/25/202442北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202443北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术8.2 核核能能发发电电6/25/202444北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术1、发电技术的未来发展核电百万千瓦级核电站技术 发展自主设计的百万千瓦级的压水堆核电站8.2 核能发电核能发电6/25/202445北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术1、发电技术的未来发展核电先进核电技术 研究“先进堆”，以满足更高的安全性、经济性、核废料处置和防止核扩散的要求 建设快堆、高温气冷堆的示范工程 有朝一日聚变堆将为人类提供永不枯竭的清洁能源8.2 核能发电核能发电6/25/202446北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术n由能源缺乏经济发达区域扩充至江西、湖南、四川n2010以前，以热中子反应器为主n2010以后，以先进型热中子反应器为主n积极开发快中子反应器n九五计划2020达30部1000 MW级核电厂n九五计划2030达50部1000 MW级核电厂n十五计划2005已达27部共计25GW核电厂中国核能发展方针8.2 核能发电核能发电6/25/202447北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室新能源变换技术新能源变换技术主讲人：主讲人：张张 皓皓第八章 核能开发与应用技术6/25/202448北京印刷学院北京印刷学院 自动化教研室自动化教研室
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