核电站爆炸的原因.ppt

核能的利用与危害 中子打入铀 235的原子核后 原子核变得不稳定 核裂变反应 会分裂成两个较小质量的新原子核 并释放能量 产生巨大能量的同时 还放出2 3个中子和其它射线 这些中子再打入别的铀 235核 引起新的核裂变 链式反应 裂变反应释放出的中子速度很高 几万公里 秒 快中子不容易引起裂变 犹如高速子弹穿过物体 不能把物体打碎一样 较慢的子弹能把物体击碎 要给快中子减速 慢中子容易引起铀 235裂变的速度 每秒几公里 需要采用慢化剂 常用的慢化剂有普通水 重水和石墨 与日俱增的核电站 核电站远景 第一个核反应堆的设计者 费米 美国物理学家 1901年9月29日生于罗马 1938年诺贝尔物理奖获得者 1942年 领导制造了第一个核反应堆 1953年任美国物理学会会长 1954年11月28日逝世 胃癌 100号化学元素镄为纪念他而命名 核反应堆的结构 核燃料 慢化剂 热载体 控制设施 防护设施 核电原理图 核电站的主体 核反应堆 燃料棒 芯块 是由二氧化铀烧结而成的 含有2 4 的铀 235 呈小圆柱形 直径为9 3毫米 这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中 一根长约4米 直径约10毫米的燃料元件棒 燃料组件 200多根燃料棒按正方形排列 用定位格架固定 每个堆芯一般由121个到193个组件组成 一座反应堆所需燃料棒几万根 1千多万块堆芯块 锆合金在300 400 的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能 适中的力学性能 较低的原子热中子吸收 堆芯熔化 是指核反应堆温度上升过高 造成燃料棒熔化并发生破损事故 失去冷却水后 堆芯水位下降燃料棒露出水面 燃料中的放射性物质产生的热量无法带出 随后温度持续上升会导致燃料棒融化 是核电站可能发生的事故中最为严重的事态 3月15日日本自卫队害怕核辐射放弃洒水 1986年4月26日切尔诺贝利核电站4号机组爆炸 1200吨重的反应堆罩变得通红 已经敞开三分之二 亮得炫目的堆芯发出巨大的隆隆声 里面的一切正在熔化 浓烟像火山一样喷出来 欧洲的勇士们舍生忘死 将灾难降到最低 8吨多强烈辐射粒子 喷向几千公尺高空 切尔诺贝利核电站 石棺 石屋 放着610公斤钚 17公斤镅以及其他15种高强度放射性物质 其内壁也沾染了核辐射 核电站的原理流程 主泵将高压冷却剂送入反应堆 一般冷却剂保持在120 160个大气压 高压情况下 冷却剂达300 也不会汽化 冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆 进入蒸汽发生器 通过数以千计的传热管 把热量传给管外的二回路水 使水沸腾产生蒸汽 冷却剂流经蒸汽发生器后 再由主泵送入反应堆 不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽 做过功的废汽在冷凝器中凝结成水 再由凝结给水泵送入加热器 重新加热后送回蒸汽发生器 核反应堆的一回路与二回路 整个一回路系统被称为 核供汽系统 它相当于普通火电厂的锅炉系统 一回路系统装在有安全壳的密闭厂房内 二回路循环系统 从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽 推动汽轮发电机组发电 核电站的安全壳 由高72 5米 外径38米 厚1米的钢筋混凝土 制成的圆柱形建筑 内衬6毫米的钢板 防止放射性物质的外泄 耐受事故时内部的高温和高压 还能抵御外部破坏例如龙卷风 地震 喷气式飞机的撞击 核电站结构示意图 核电站原理图 日本福岛核电站的核泄漏 核裂变后产生大量的热 对轻水进行加热 以普通水 轻水 作冷却剂和慢化剂的反应堆 轻水堆只能用低浓铀作燃料 来产生大量蒸汽 再将蒸汽中的水脱掉 蒸汽带动汽轮机发电 蒸汽冷却后流回反应堆 这种核反应堆停止运行后 还会持续产生大量的热必须用冷却系统带走 不然热量越积越多 导致核燃料熔化 福岛第一核电站事故原因是 9级地震加高达十米的海啸引起的 福岛核电站在地震后基本上是准确地自动停机 如冷却系统能正常工作 不会有太大的问题 紧急发电机的围堰系统没有十米高被海啸淹没 不能正常工作 福岛核电站的备用电源系统也被损坏 冷却系统被破坏 轻水不能将反应器内部的热量带走 核燃料被高压的压力容器包在里面 温度越积越高 水和高温的核燃料接触 分解成氧气和氢气 高温氢气和氧气接触 发生氢气爆炸 我们看到的爆炸 是厂房房顶被掀开 第一道 堆心就有安全作用 通过一些陶瓷材料将核燃料棒聚在一起 第二道 是压力容器 包着整个燃料棒 第三道是安全壳 也是最重要的 切尔诺贝利就是少了最后一道安全壳 所以爆炸时产生了大量放射性物质 尘埃飘到空气中 到欧洲各地 福岛核电站事故不可能像切尔诺贝利那么大 就是因为它有安全防护壳 100万美元的62米泵车支援日本 主要将为4号机组注水 泵车只能在14米开外的区域作业 4号机组高达46米 中方向日方免费提供一台62米泵车为核电站注水 2007年 三一重工制造出66米的泵车 2009年 三一重工制造出72米的泵车 辐射剂量单位 4000 毫希 即可致死 前者作用于体细胞 后者作用于生殖细胞 辐射造成的皮肤损伤 骨髓损伤 乳腺疾患和甲状腺疾患 以及辐射致癌均可归于躯体效应 而辐射造成不育 胚胎死亡或胎儿畸形 遗传病等则归于遗传效应 大量电离辐射的危害 早期效应和延迟效应 早期效应发生在暴露后几星期内 表现为反复发生并逐渐加重的恶心 呕吐 腹泻 同时伴随疲乏 发热 食欲下降 抽搐甚至昏迷 严重者在几个月内死亡 延迟效应则包括辐射白血病 辐射致癌 放射性白内障 遗传损伤等 辐射致癌与辐射致遗传病称为电离辐射的随机性效应 随机性效应的发生几率与辐射剂量成正比 但严重程度与辐射剂量无关 辐射并不可怕 电离辐射 非电离辐射 红外线 微波由于能量低 不能引起物质电离 不能引起物质电离的辐射 与物质直接或间接作用时能使物质电离的辐射 生活中的辐照 看电视 抽烟 带夜光表 乘飞机 光透视等 带夜光表每年有0 02毫希 乘飞机旅行2000公里受0 01毫希 每天抽20支香烟 每年有1毫希 一次X光检查0 1毫希 化疗的辐照剂量更大 4000毫西弗 希伏 辐射剂量可致死 1毫西弗 希伏 1000微西弗 陷地综合症 该名词在1971年产生 说的是核燃料熔融后穿过地壳 从美国入地 从地球另一边的国家拱出来 红灯闪亮 汽笛报警 涡轮机停转堆心压力和温度骤然升高 2小时后 大量放射性物质溢出 1979年3月28日凌晨4时 三里岛核电站第2组反应堆的操作室里 作为一名核工程师 美国总统卡特得到消息后并没有慌张 4月1日 卡特亲自视察三里岛核电站 6天以后 堆心温度才开始下降 100吨铀燃料虽然没有熔化 但有60 的铀棒受到损坏 反应堆最终陷于瘫痪 原子弹爆炸产生的蘑菇云 核武器爆炸 不仅释放的能量巨大 介质温度达到数千万度 压强达几十亿大气压 而且过程非常迅速 仅仅在微秒级的时间内 成为高温高压等离子体 爆炸区产生的高温高压等离子体辐射X射线 被加热并压缩的空气急速膨胀 产生高压冲击波 还会在周围空气中形成火球 发出很强的光辐射 造成电流的增长和消失过程 其结果又产生电磁脉冲 有强冲击波 光辐射 早期核辐射 放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用 辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用 核爆炸的和平利用 用来开山 辟路 挖掘运河 建造人工港口等 四次核爆炸就可开凿一个能停泊万吨巨轮的海港 首先 进行一次百万吨梯TNT当量级的核爆炸 可炸出一个直径300多米 深30多米的大坑 然后进行三次规模较小的核爆炸 开出一条运河来把大坑和深海连接起来 爆炸当然应尽量减少放射性物质的产生 只要经过几个月的时间 当海潮把产生的少许放射性物质冲走后 这个海港就可安全使用了 1公斤级核弹爆炸相当25万人工挖掘1年 据称 单把美国西部一个区域内的油页岩中的石油取出来 就可供全世界使用很长一段时间 很多干旱的沙漠地带其实也有一些雨水 但是这些雨水多半从地面流进地下河流 流入海中 剩下的一点则很快蒸发淖了 因此地面上没有一点水分 沙漠成了不毛之地 核爆炸可以造成巨大的积水层 地下水库 雨季时 雨水储在积水层中 然后慢慢地透过多孔的泥土湿润地表 使之适合于植物的生长 许多地区有大量石油沥青沙层和油页岩 靠钻井并不能开采这种石油 核爆炸的高温高压能迫使这种石油流动 地下核爆炸的高温高压 将石墨变成金刚石 核爆炸的强大中子流能生产超铀元素 核爆炸还可改造沙漠 使沙漠变成良田 放射性同位素的三个主要来源 加速器中带电粒子的产物 反应堆中的中子轰击产物和分离出的裂变产物 同位素的应用 辐射育种 辐射灭虫 辐射食品保鲜 医疗器械的辐照消毒灭菌 医学的检测 治疗癌症 考古 刑侦 缉毒 破案等等 同位素 相同质子数 不同中子数的一组核素 同位素电池 核电池 让你的手机不充电使用5000年 寿命可达普通电池100万倍 热核聚变 核聚变 核融合 质量小的原子 主要是指氘或氚 在一定条件下 如超高温和高压 发生原子核互相聚合作用 生成新的质量更重的原子核 并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式 太阳发光发热的能量来源就是核聚变 核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题 原料可直接取自海水中的氘 取之不尽 目前人类已经可以实现不受控制的核聚变 海水中有45万亿吨氘 足够人类用60亿年 核潜艇 核反应堆为动力来源设计的潜艇 水下续航能力20万海里 自持力达60 90天 最大下潜深度达450米 1海里 1 852千米 公里 航空母舰 以舰载机为主要作战武器的大型水面舰艇 核动力航母续航能力100万海里以上 尼米兹级航母每20秒弹射出一架作战飞机 尼米兹级航母是美国的多用途大型航空母舰 飞行甲板距水面高为19 11m 距基线高为30 63m 由基线至桅顶高为74 37m 共有舱室3360间 排水量10万吨级 总长度333米 核反应堆加一次燃料可工作15年 核动力装置的体积很大 目前的火车 飞机 汽车无法容下 为何没有核动力飞机 火车和汽车 核动力装置的体积庞大的原因 核燃料发出的热量必须由冷却水载出 载热剂系统约有两层楼高 100多平米 只有航母 巡洋舰 核潜艇才可能装下 飞机 汽车 火车的冷却水的来源没有 核飞机 核汽车满天飞 满地跑太令人担忧 中国的人造小太阳 获得电流20 200千安 时间3秒的高温放电 人造温度要几亿摄氏度 今日作业 1 核裂变与核聚变的区别 2 核能的和平利用 核裂变 由重的原子核变化为轻的原子核 核聚变 由轻的原子核变化为重的原子核 一个变多个 多个变1个 需要上亿度的高温