核能技術與新材料

1、核能技術與材料應用化學應用化學12-01 12-01 楊艷杰楊艷杰1 1 核能的發展史核能的發展史19世紀末，英國物理學家湯姆遜發現了電子；1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線；1896年，法國物理學家貝克勒爾首次發現了天然鈾的放射性；1898年，居里夫人又發現了新的放射性元素釙和鐳；1902年，她經過4年的艱苦努力成功分離出毫克級的高純鐳；1905年，愛因斯坦提出了著名的質能轉換公式Emc2；1914年，英國物理學家盧瑟福通過實驗，發現質子。1932年，英國物理學家查得威克發現了中子。1938年，德國科學家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核，發現了核裂變現象。2 2 核能技術的應

2、用一、利用強放射性的核輻照技術；一、利用強放射性的核輻照技術；二、利用弱放射性的核影像技術；二、利用弱放射性的核影像技術；三、利用人工核反應的質能轉換技術。三、利用人工核反應的質能轉換技術。四、給人類帶來災難的核武器。四、給人類帶來災難的核武器。一、利用強放射性的核輻照技術；一、利用強放射性的核輻照技術；(1)(1)、在工業中，利用低能加速器產生的射線進行輻射合、在工業中，利用低能加速器產生的射線進行輻射合成和輻射聚合，可以生產出性能良好的產品；成和輻射聚合，可以生產出性能良好的產品；(2)(2)、在農業方面，核輻照技術主要用于植物育種和殺滅、在農業方面，核輻照技術主要用于植物育種和殺滅害蟲及

3、農產品保藏害蟲及農產品保藏( (延遲發芽、抑制的發芽延遲發芽、抑制的發芽) )；(3)(3)、在醫、在醫療衛生方面對許多不耐熱藥品進行冷消毒殺菌及放射性療衛生方面對許多不耐熱藥品進行冷消毒殺菌及放射性治療。治療。二、二、利用弱放射性的核影像技術；利用弱放射性的核影像技術；在醫療（包括口腔、胸腔）診斷中，另一種應用在醫療（包括口腔、胸腔）診斷中，另一種應用是放射性治療，放射性治療的原理就是利用加速是放射性治療，放射性治療的原理就是利用加速器產生的粒子束或射線的電離作用，最大程度地器產生的粒子束或射線的電離作用，最大程度地破壞腫瘤細胞而盡可能少地影響正常組織，其效破壞腫瘤細胞而盡可能少地影響正常組

4、織，其效果根據電離作用在人體內的深度分布曲線來判斷。果根據電離作用在人體內的深度分布曲線來判斷。X X射線在工業上也有很多應用，例如，可以用來射線在工業上也有很多應用，例如，可以用來測量某些物質的厚度或勘測潛在的缺陷。測量某些物質的厚度或勘測潛在的缺陷。X X射線射線還應用于許多科研領域，從生物到天文，特別是還應用于許多科研領域，從生物到天文，特別是為科學家提供了大量有關原子和分子結構的信息。為科學家提供了大量有關原子和分子結構的信息。 三、利用人工核反應的質能轉換技術。三、利用人工核反應的質能轉換技術。也就是我們常說的和平利用核能，即核電。也就是我們常說的和平利用核能，即核電。大亞灣核電站四

5、、給人類帶來災難的核武器。四、給人類帶來災難的核武器。核武器的威力核武器的威力3 3 核電站的定義及發展核電站的定義及發展什么是核電站？什么是核電站？核電站是利用核裂變或核聚變反應所釋放核電站是利用核裂變或核聚變反應所釋放的的能量產生電能的發電廠。的的能量產生電能的發電廠。目前商業運轉中的核能發電廠都是利用核目前商業運轉中的核能發電廠都是利用核裂變反應而發電。裂變反應而發電。核電站一般分為兩部分：利用原子核裂變核電站一般分為兩部分：利用原子核裂變生產蒸汽的核島（包括反應堆裝置和一回生產蒸汽的核島（包括反應堆裝置和一回路系統）和利用蒸汽發電的常規島（包括路系統）和利用蒸汽發電的常規島（包括汽輪發

6、電機系統），使用的燃料一般是放汽輪發電機系統），使用的燃料一般是放射性重金屬：鈾、钚。射性重金屬：鈾、钚。核電站的發展核電站的發展第一代核電站第一代核電站20世紀世紀50年至年至60年代初，蘇聯、美國等建造了第年代初，蘇聯、美國等建造了第一批單機容量在一批單機容量在300MWe左右的核電站，如美國左右的核電站，如美國的希平港核電站和英第安角的希平港核電站和英第安角1號核電站，法國的號核電站，法國的舒茲核電站，德國的奧珀利海母核電站，日本的舒茲核電站，德國的奧珀利海母核電站，日本的美浜美浜1號核電站等。號核電站等。第二代核電站第二代核電站20世紀世紀70年代，因石油漲價引發的能源危機促進年代，因

7、石油漲價引發的能源危機促進了核電發展，世界上已經商業運行的了核電發展，世界上已經商業運行的400多臺機多臺機組大部分在這段時期建成，稱為第二代核電機組。組大部分在這段時期建成，稱為第二代核電機組。第三代核電站第三代核電站第四代核能系統第四代核能系統第四代核能系統將滿足安全、經濟、可持續發展、第四代核能系統將滿足安全、經濟、可持續發展、極少的廢物生成、燃料增殖的風險低、防止核擴極少的廢物生成、燃料增殖的風險低、防止核擴散等基本要求。散等基本要求。4 4 核反應堆的原理核反應堆的原理反應堆是核電站的關鍵設計，鏈式裂變反應就在反應堆是核電站的關鍵設計，鏈式裂變反應就在其中進行。反應堆種類很多，核電站

8、中使用最多其中進行。反應堆種類很多，核電站中使用最多的是壓水堆。的是壓水堆。壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大壓水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指頭大的燒結二氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百的燒結二氧化鈾芯塊，裝到鋯合金管中，將三百多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起，成為燃料多根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起，成為燃料組件。大多數組件中都有一束控制棒，控制著鏈組件。大多數組件中都有一束控制棒，控制著鏈式反應的強度和反應的開始與終止。式反應的強度和反應的開始與終止。壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料壓水堆以水作為冷卻劑在主泵的推動下流過燃料組件，吸收了核裂變產生的熱能以后流出反應

9、堆，組件，吸收了核裂變產生的熱能以后流出反應堆，進入蒸汽發生器，進入蒸汽發生器， 在那里把熱量傳給二次側的在那里把熱量傳給二次側的水，使它們變成蒸汽送去發電，水，使它們變成蒸汽送去發電， 而主冷卻劑本而主冷卻劑本身的溫度就降低了。從蒸汽發生器出來的主身的溫度就降低了。從蒸汽發生器出來的主 冷冷卻劑再由主泵送回反應堆去加熱。冷卻劑的這一卻劑再由主泵送回反應堆去加熱。冷卻劑的這一循環通道稱為一回路，一回路高壓由穩壓器來維循環通道稱為一回路，一回路高壓由穩壓器來維持和調節。持和調節。5 5 核廢料和熱污染是兩大難題核廢料和熱污染是兩大難題目前，大部分處理手段是將核廢料進行固化后，目前，大部分處理手段是將核廢料進行固化后，暫存在核電廠內的廢物庫中，經過暫存在核電廠內的廢物庫中，經過5 51010年后運年后運往國家規劃的放射性廢物庫貯存或處理。但到現往國家規劃的放射性廢物庫貯存或處理。但到現在為止，還沒有一個國家能夠找到安全、永久處在為止，還沒有一個國家能夠找到安全、永久處理高放射性核廢料的辦法。但核廢料無法處理僅理高放射性核廢料的辦法。但核廢料無法處理僅僅意味著無法在短時間內消滅，其本身在儲存過僅意味著無法在短時間內消滅，其本身在儲存過程中的安全性還是有保障的。程中的安全性還是有保障的。核電站