1、第五章 核能的風(fēng)險利弊1.I 為人類謀福的核核能的利用我國的秦山核電站2. 一、 能源簡介1.分類按來源太陽能地球本身蘊藏的能量地球和其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量按根本形狀一次能源二次能源按性質(zhì)燃料性能源非燃料性能源3. 能源分類按根本形狀4.不同方式能的檔次熵值越小的能檔次越高，反之那么越低。 不同方式能的檔次5.二、 化石燃料的運用與污染1.煤：存儲量大且轉(zhuǎn)化為熱、電能等的技 術(shù)相對簡單。 大約平均每噸煤熄滅排放出二氧化硫 30千克，顆粒塵30千克。 北京的冬日，由于燃煤取暖，呵斥大氣污染6.7. 密度小、容易開采、便于運輸、 發(fā)熱量比煤炭高1倍。石油熄滅的產(chǎn)物主要是CO、 CO2、氮氧化

2、合物、二氧化以及各種碳?xì)浠衔铩?2. 石油：8. 3. 天然氣：天然氣熄滅產(chǎn)生的灰分極少，與煤、石油相比，是一種較清潔的能源。 天然氣的大量開采會引起地表沉降。 9. 資源缺乏10.三、21世紀(jì)核能時代 核能的優(yōu)點： 1可產(chǎn)生驚人能量； 2核燃料儲量豐富； 3核能發(fā)電較經(jīng)濟； 4核能是清潔的能源； 5核能能量密集，運輸量小。 11.核能的廣泛運用考古地質(zhì)國防原子彈爆炸 12. 醫(yī)學(xué)交通運輸X光照射下的人手指13.II 核是如何任務(wù)的核能的產(chǎn)生與運用原理 14.一、 核反響核反響那么是外來粒子與核中的質(zhì)子和中子相互作用，使原子核遭到猛烈的擾動。核反響可以為核衰變，核裂變和核聚變?nèi)悺?15.一

3、 核衰變1.定義：原子核自發(fā)地發(fā)生核構(gòu)造的改動稱為 核衰變或放射性衰變。2. 類型： 衰變 衰變 衰變正電子衰變電子俘獲16.(1) 衰變射線是氦-核又稱粒子，用 或 表示。42He2422286Rn2184842PoHe+每次衰變后使質(zhì)量數(shù)減少4，質(zhì)子數(shù)減少2。 17.(2) 衰變：粒子是電子，用 或 表示， 射線是高速粒子流。0 -1e0-110n11P0-1e+每次衰變后質(zhì)量數(shù)都不變，而質(zhì)子數(shù)添加1。 18.(3) 衰變：射線是波長很短的電磁輻射高能量的光子，用 表示。 衰變表示損失能量，既不改蛻變量數(shù)，也不改蛻變子數(shù)。0019. (4)正電子衰變： 正電子用 表示。01e11P10n0

4、1e+(5)電子俘獲：核從內(nèi)層俘獲一個電子，使質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶印?1P0-1e+10n20.3. 半衰期符號：定義：半衰期是一放射性元素衰變到原 來一半數(shù)量所需時間。公式：T12N0：放射性元素衰變之前的數(shù)目 N：衰變到某一時辰t時剩下的該核的數(shù)目N=N0e-t 為衰變常數(shù)21.t=3.32T12lgN0N式2T12=Ln2=0.693式1當(dāng)N=N02時，t=T1/222.例題例1 經(jīng)過分析測定某巖石，有1mg鈾-238就有0.275mg鉛-206，試計算此巖石的年齡。23. 解：假設(shè)如今巖石中鈾-238總量為1mg，那么此巖石中原有鈾-238的總量為1mg加上衰變?yōu)殂U-206的量： 查表知 半

5、衰期 =4.510 代入式2計算： 答：此巖石的年齡為1.7109年。923892U=1mg +2382060.257mg=1.297mg23892UT12Nt=3.32T12lgN0=3.324.5109lg0.2971.000=1.7109年24.4. 天然放射系 釷系：母體是T1/2為1.411010年,系列中有13種核素25. 鈾系：母體是T1/2為4.51109年,系列中有19種核素；26. 錒系：母體T1/2為7.1108年,系列中有17種核素。27.二核裂變、原子彈與核電站1.定義：用中子打擊重原子核而使原子核 分裂的反響。較重碎核 + 較輕碎核 + 中子23592U10n+裂變

6、產(chǎn)物普通仍具放射性?？闪炎兾镔|(zhì)有U-235，U-233，Pu-239等。28.2.核裂變鏈?zhǔn)椒错懼凶诱T發(fā)U-235裂變構(gòu)成鏈?zhǔn)椒错戞湻错懙倪^程“鏈?zhǔn)諗啃掖嬷凶訑?shù)平均不到1 “鏈發(fā)散幸存中子數(shù)平均大于129.3.臨界質(zhì)量為什么金屬鈾在普通情況下不會發(fā)生鏈?zhǔn)搅炎兎错懚园l(fā)爆炸?天然鈾塊質(zhì)量小且可裂變的U-235只需0.711%,99%以上均為不能發(fā)生延續(xù)裂變的U-238.在有中子反射層時,U-235的臨界質(zhì)量為10kg.30.4.原子彈 讓裂變反響所釋放的能量不斷積聚，那么可以在瞬間釀成宏大的爆炸，這就是制造原子彈的根本原理。 原子彈的根本構(gòu)造31.核彈爆炸過程表示圖 0秒爆炸11秒振波37秒對流

7、風(fēng)110秒蘑菇云32.5. 核電站根本任務(wù)原理： 控制幸存中子數(shù)恰好為1,使核裂變鏈?zhǔn)椒错懺谝欢ǔ潭壬涎永m(xù)進(jìn)展，反響產(chǎn)生的能量加熱反響堆中心的水，產(chǎn)生蒸汽推進(jìn)發(fā)電機任務(wù) 。 33.反響堆的構(gòu)造： 控制棒中子反射層核反響堆冷卻劑殼體輕水型 重水型 石墨型 減速劑緊縮的鈾天然的鈾核燃料34.控制棒: 控制鏈反響,用中子吸收截面大但本身又不發(fā)生裂變的B,Cd,Hf等制成;35.中子反射層:阻止中子逃到堆外，普通用石墨或鈹做成；36.慢中子引發(fā)鏈?zhǔn)椒错懧凶右l(fā)的鏈?zhǔn)椒错戇^程37.輕水堆核電站 沸水反響堆核電站表示圖 壓水反響堆核電站表示圖 38.增殖反響堆 在可裂變的U-235燃料外面放一層不裂變的

8、物質(zhì)U-238和Th-232，里面的U-235作為中子源，U-235產(chǎn)生的中子使U-238和Th-232發(fā)生鏈反響，分別轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炎兊腜U-239和U-233,將U-238增殖成PU-239。 39.核電站的冷卻設(shè)備 裂變核電站的發(fā)電效率約為3033%，大約67%的熱能的廢熱方式出現(xiàn)。 核電站的冷卻塔40.(三) 核聚變、氫彈與聚變電站1.定義：由2個或多個輕原子核聚合成一個較重的原子核的過程為核聚變。2.太陽中的氫核聚變：聚變反響表示圖41. 3.核聚變的條件： 需求高能量以抑制兩個帶正電核之間 的宏大排斥力。4.氫彈的制造原理: 利用一個小的原子彈作為引爆安裝，產(chǎn)生瞬間的高溫引發(fā)上述聚變反

9、響發(fā)生劇烈爆炸。不控制的聚變反響是氫彈的根底。42. 5.聚變電站: 燃料為氘，氚受控核聚變反響點火的條件：1高溫2等離子體的約束3耐高溫容器43.核聚變的優(yōu)點： (1)釋放能量宏大 (2)無放射性污染，無難于處置的廢料 (3)原料豐富。44.二、 放射量及其單位1.放射性活度： 貝可勒爾Bq 1Bq=1s 居里Ci 1Ci=3.710-110Bq2.照射量與照射量率：照射量：庫侖每千克空氣C/kg 倫琴R) 1R=2.5810 C/kg照射量率： C/kgs R/s-445. 3.吸收劑量與吸收劑量率：吸收劑量： 焦?fàn)柮壳Э薐/kg 戈瑞Gy 1 Gy=1 J/kg 拉德Rad 1 Rad=

10、10 Gy吸收劑量率：Gy/s Rad/s-246. 4.劑量當(dāng)量與劑量當(dāng)量率： 劑量當(dāng)量： 希沃特Sv 1Sv=1J/kg 雷姆Ram Ram=0.01Sv 劑量當(dāng)量率H：Sv/h Ram/h47.三、 核反響的能量1.愛因斯坦質(zhì)-能公式：E=mc2例2試計算1克U-235按下式裂變時所產(chǎn)生的能量：48. 解：摩爾質(zhì)量g/mol235.0439 1.00867 141.9092 90.9056m=(141.9092+90.9056+31.00867)- (235.0439+1.00857) =-0.2118g/mol=-0.211810-3kg/mol49.1克U-235放出的能量:50.化

11、石燃料放出的能量:1克煤完全熄滅:1克石油完全熄滅:51.1克天然氣完全熄滅:52.例3 試計算1克H-2 和 H-3 按下式發(fā)生聚變時放出的能量:摩爾質(zhì)量g/mol2.05 3.01550 4.00150 1.00867 53.解:m=(4.00150+1.00867)-(2.05+3.01550) =-0.01888g/mol =-0.0188810-3kg/molE=mc2=(-0.0188810-3kg/mol) (2.998108ms-1)2 =-1.6971012kgm2s-2mol-1 =-1.697109kj/mol1g:54.2.核平均生成能核的平均生成能核平均生成能是指中子

12、與質(zhì)子構(gòu)成核時所放出的能量。55.最穩(wěn)定的核是質(zhì)量數(shù)接近60的核；質(zhì)量數(shù)大于60的核能量較高，不穩(wěn)定；小于60，那么進(jìn)入高能量區(qū)。裂變：能量較高的重核分裂成質(zhì)量中等，能量也低的核，核中的每個核子都從較高的能量形狀降到較低能量形狀而釋放能量；聚變：將較輕的核合成質(zhì)量中等的核，從而釋放更多的能量。56. 例3運用核的平均生成能圖，粗略計算1克U-235按下式裂變釋放出的能量。57. 解：從圖可查知核的平均生成能為 可按照求化學(xué)反響的生成熱的方法計算Hm 1g鈾裂變的焓變?yōu)椋捍穑?g鈾-235裂變放出能量85GJ。58.III 核 一柄雙刃劍 放射性對環(huán)境的危害海灣戰(zhàn)爭中裝束奇特而又無法的沙特平民5

13、9.一、無形殺手放射性污染1. 放射性污染的特點 (1)繼續(xù)性(2)難以消除(3)滯后性60.2. 射線 (1)射線: 穿透力較小，在空氣中易被吸收，外照射對人的損傷不大，但其電離才干強，進(jìn)入人體后會因內(nèi)照射呵斥較大的損傷(2)射線:是帶負(fù)電的粒子，穿透才干較 強；(3)射線:是波長很短的電磁波，穿透才干極強對人的危害最大。61.3. 放射性物質(zhì)進(jìn)入人體的途徑放射性物質(zhì)主要經(jīng)過食物鏈經(jīng)消化道進(jìn)入人體；其次是放射性塵埃給呼吸道進(jìn)入人體；經(jīng)過皮膚吸收的能夠性很小。 放射性物質(zhì)進(jìn)入人體的途徑 62.4. 放射性物質(zhì)的機體效應(yīng)急性效應(yīng) :慢性效應(yīng): 癌癥、白血病、皮膚、肺、卵巢、造血器官出現(xiàn)惡性腫瘤、

14、免疫才干降低、遺傳妨礙等。在妊娠期間遭到輻射極易使胚胎死亡或構(gòu)成畸胎。 頭痛、頭暈、食欲不振，睡眠 妨礙等神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的 病癥，繼而出現(xiàn)白細(xì)胞和血小 板減少甚至導(dǎo)致死亡。63.5.不同輻射量及其后果 64.二、放射性污染的來源1. 天然輻射來源： 天然輻射源是自然界中天然存在的放射性物質(zhì)。天然輻射所產(chǎn)生的總輻射程度稱為天然本底放射，它是判別環(huán)境能否遭到放射性污染的根本準(zhǔn)那么。65. 地球上存在于土壤、巖石、水和大氣中的放射性 物質(zhì)； 宇宙間高能粒子構(gòu)成的宇宙線，以及在這些粒子 進(jìn)入大氣層后與大氣中的氧、氮原子碰撞產(chǎn)生的 次級宇宙線。66.2. 人工輻射源 (1) 核工業(yè)核燃料消費過程：包

15、括鈾礦的開采、冶 煉、精制和加工過程。 核反響堆運轉(zhuǎn)過程 :一是反響堆資料中 的某 些元素在中子照射下生成的放射性活化物； 二是由于封鎖裂變產(chǎn)物的燃料元件盒由于包 殼微小破壞而產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物 67. 核燃料后處置過程：含有裂變產(chǎn)物的廢氣和含有放射性物質(zhì)的廢水以及不能再運用的放射性固體廢物，其包括有半衰期長、毒性大的核素。 不測事故:1979年的美國三里島核走漏 1986年的前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核爆炸事故 倒塌的切爾諾貝利68.迄今最嚴(yán)重核事故一覽1957年9月29日，前蘇聯(lián)烏拉爾山中的核工廠“車?yán)镅刨e斯克65號一個裝有核廢料的倉庫發(fā)生大爆炸，迫使蘇聯(lián)當(dāng)局緊急撤走當(dāng)?shù)?1000名居民；1957年1

16、0月7日：英國東北岸的溫德斯凱爾一個核反響堆發(fā)生火災(zāi)，這次事故產(chǎn)生的放射性物質(zhì)污染了英國全境，至少有39人患癌癥死亡；1967年夏天：前蘇聯(lián)“車?yán)镅刨e斯克65號用于儲存核廢料的卡拉察湖“干枯，結(jié)果風(fēng)將許多放射性微料吹往各地，當(dāng)局不得不撤走了9000名居民；69.1971年11月9日：美國明尼蘇達(dá)州北方州電力公司“的一座核反響堆的廢水儲存設(shè)備發(fā)生超庫存事件，結(jié)果導(dǎo)致5000加侖放射性廢水流入密西西比河，其中一些水甚至流入圣保羅的城市飲水系統(tǒng)；1979年3月28日：美國三里島核反響堆由于機械缺點和人為的失誤而使冷卻水和放射性顆料外逸，但沒有人員傷亡；1979年8月7日：美國田納西州濃縮鈾外泄，結(jié)果

17、導(dǎo)致1000人受傷；70.1986年1月6日：美國俄克拉馬一座核電站因錯誤加熱發(fā)生爆炸，結(jié)果呵斥一名工人死亡，100人住院；1986年4月26日：前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生大爆炸，其放射性云團直抵西歐，呵斥約8000人死于輻射導(dǎo)致的各種疾病。71. 2. 核實驗 3.醫(yī)療照射 72. 核并不可怕 核污染的防護與治理73.一、人體中的天然放射性 一些放射性核素所在的重要器官和組織74.二、輻射防護1. 輻射防護規(guī)范我國放射性防護規(guī)定中有關(guān)劑量當(dāng)量的規(guī)定75.2. 輻射防護方法(1)時間防護：人體受照射時間越長，所 接受的輻射量越大。(2)間隔防護：人間隔輻射源越近，受照量越大76.(3)屏蔽防護

18、：射線的防護 ：幾張紙或薄的鋁膜，即可將其吸收。 射線的防護：有機玻璃、烯基塑料及鋁板等。射線的防護：高密度物質(zhì)，如足夠厚度的鋁、鐵、鋼、混凝土等資料。 77.3.核電站的維護衣核電站的選址 核電站的選址要求非常嚴(yán)厲，必需是地震強度低和地殼穩(wěn)定的“平安島，必需符合環(huán)境維護的要求。78.核電站反響堆 燃料：3%的U-235和97%的U-238，且分成小塊分散放置； 控制棒：使能量釋放有控制地緩慢進(jìn)展； “負(fù)反響性溫度系數(shù)：溫度超越一定限制，反響自行停頓； 燃料裝卸和反響均用計算機控制。79.三道屏障第一道是高強度的鋯 金包殼第二道是壓力殼第三道是平安殼秦山核電站核反響堆穹頂合龍80.三、放射性廢物的治理1. 放射性廢物的分類 81.2.放射性廢物的處置方法 (1) 放射性廢液的處置稀釋排放 濃縮儲存 回收利用 82.(2) 放射性固體廢物的處置對鈾礦渣的處置:對廢鈾礦渣目前采用的是 土地堆放或回填礦井的處置方法。 固化法。放射性固體廢物在處置前普通須加 以固定，以防止放射性物質(zhì)的浸出和遷移。 83. 天葬: 把核廢料固化成玻璃塊，裝到特制的合金棺中，在棺材外穿上隔熱外套。航天飛機把棺材帶入預(yù)定的軌道，機械手隨即把它推入太空，再點燃助推火箭把它送入3000米的軌道上。84.水葬 將核廢料裝入密封的合金棺，經(jīng)過液壓傳動安裝將棺材由海底管道保送到海床上的某一個管道系統(tǒng)，轉(zhuǎn)