核專業(yè)知識(shí)講座

—核能利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1核能（或稱原子能）是通過(guò)轉(zhuǎn)化原子核質(zhì)量而從原子核釋放的能量。核能原理太陽(yáng)原子彈爆炸核能核電基本知識(shí)2愛因斯坦能質(zhì)定理釋放原子能的兩種方法：核聚變（fusion）核裂變（fission）核能的來(lái)源“物體的質(zhì)量是它所含能量的一種度量，如果能量改變了，其質(zhì)量也就改變了”，“如果物體以輻射的形式放出能量，哪么輻射就在發(fā)射體與吸收體之間傳遞著質(zhì)量”，“如果一個(gè)物體以輻射形式釋放能量E，哪么其質(zhì)量減少E/C2”。

Einstein,A.(1905),“IstdieTr?gheiteinesK?rpersvonseinemEnergieinhaltabh?ngig?”,AnnalenderPhysik18:639–643（物體的慣性與它所含的能量有關(guān)嗎？）3核聚變（Nuclearfusion）指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。4核聚變的兩大優(yōu)點(diǎn)核聚變能可為人類提供“取之不盡用之不竭”的能源。地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘，1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變?cè)厮茚尦龅娜亢肆炎兡艿?000萬(wàn)倍，可以說(shuō)是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。核聚變不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)。5核聚變的實(shí)現(xiàn)方式聚變反應(yīng)需要非常高的溫度（上億攝氏度），以克服兩個(gè)帶正電的氘核之間的巨大排斥力目前主要的幾種可控核聚變方式：超聲波核聚變激光約束（慣性約束）核聚變磁約束核聚變（托卡馬克）目前，實(shí)現(xiàn)受控核聚變還存在許多困難，核聚變能的大規(guī)模和平利用還尚需時(shí)日。6全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克←中國(guó)新一代熱核聚變裝置EAST國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ITER→▲中國(guó)科學(xué)院等離子體所負(fù)責(zé)這一項(xiàng)目7核裂變（Nuclearfission）又稱核分裂，是一個(gè)原子核分裂成幾個(gè)原子核的變化。一般由重的原子（主要是指鈾或钚）分裂成較輕的原子的一種核反應(yīng)形式。一個(gè)重核吸收一個(gè)中子分裂成兩個(gè)輕核，同時(shí)放出數(shù)個(gè)中子和一定的能量。常用的易裂變核：U-233，U-235，Pu-239，Pu-2418U-235核裂變反應(yīng)式U-235每次裂變平均放出2.43個(gè)中子。9核裂變釋放的能量1個(gè)U-235原子核裂變平均釋放的總能量：200MeV1kgU-235完全裂變釋放的能量：19,600,000,000kcal[比較]化石燃料完全燃燒放出的化學(xué)能（4.1eV）：1kg標(biāo)準(zhǔn)煤7,000kcal1L重油9,900kcal1m3天然氣9,800kcal1kgU-235裂變釋放的能量相當(dāng)于2800噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的能量10核裂變鏈?zhǔn)椒捶磻?yīng)裂變反應(yīng)中放放出的中子與與其它可裂變變核碰撞，引引起新的核裂裂變，放出第第二代中子，，再引起核裂裂變反應(yīng)，放放出第三代中中子，如此持持續(xù)下去的過(guò)過(guò)程。11維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)應(yīng)的條件飛走被吸收，不引引起新的裂變變被裂變核吸收收，引起新的的裂變中子數(shù)=1，，就可使裂變變反應(yīng)持續(xù)下下去。［自持型］中子數(shù)>1，，裂變反應(yīng)越越來(lái)越強(qiáng)。［［發(fā)散型］中子數(shù)<1，，裂變反應(yīng)越越來(lái)越弱。［［收斂型］12中子的能量核裂變放出的的中子按能量量大小分為：：快中子熱中子鈾-235吸吸收熱中子發(fā)發(fā)生裂變反應(yīng)應(yīng)的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸收收快中子發(fā)生生裂變反應(yīng)的的概率；采用慢化劑將將快中子慢化化成為熱中子子。13核能特點(diǎn)核裂變反應(yīng)放放出巨大的能能量；核裂變反應(yīng)不不需要氧氣；；核裂變過(guò)程伴伴隨放射性物物質(zhì)的產(chǎn)生。。14核能的應(yīng)用民用：發(fā)電軍用：適于作作為動(dòng)力系統(tǒng)統(tǒng)核裂變能利用用的特點(diǎn)需要采取嚴(yán)格格的輻射防護(hù)護(hù)措施運(yùn)行管理要求求很高15核能發(fā)電原理理16核動(dòng)力的軍事事應(yīng)用核能系統(tǒng)潛艇核動(dòng)力裝裝置水面艦船核動(dòng)力裝置空間核能裝置置攻擊型核潛艇艇彈道導(dǎo)彈核潛潛艇航空母艦巡洋艦驅(qū)逐艦核商船空間核電源空間核推進(jìn)裝裝置核武器17發(fā)展核能的意意義有利于保障國(guó)國(guó)家能源安全全有利于調(diào)整能能源結(jié)構(gòu)，改改善大氣環(huán)境境有利于提高裝裝備制造業(yè)水水平，促進(jìn)科科技進(jìn)步18世界核電發(fā)展展現(xiàn)狀截止2011年3月，世世界上共有443臺(tái)運(yùn)行行核電機(jī)組裝裝機(jī)容量37832.4萬(wàn)千瓦；在在建63臺(tái)臺(tái)，裝機(jī)容量量6545.4萬(wàn)千瓦。。全世界已有30個(gè)國(guó)家擁?yè)碛泻穗娬尽?。法?guó)已將核核能作為該國(guó)國(guó)主要能源。。一些在利用用核能方面發(fā)發(fā)展較晚的國(guó)國(guó)家也陸續(xù)準(zhǔn)準(zhǔn)備展開各自自建造核電站站的計(jì)劃。19國(guó)家容容量(百萬(wàn)瓦特)占發(fā)電電總量份額阿根廷9357.0%亞美尼亞37645.0%比利時(shí)5,94351.7%巴西1,9013.0%保加利亞1,90635.9%加拿大12,67914.8%中國(guó)（大陸）10,2341.9%捷克3,68633.8%芬蘭2,72132.9%法國(guó)63,23675.2%德國(guó)20,33926.1%匈牙利1,88043.0%印度4,7802.2%日本47,34828.9%韓國(guó)17,71634.8%墨西哥1,3104.8%國(guó)家容容量(百萬(wàn)瓦特)占發(fā)發(fā)電總量份額額荷蘭4853.7%巴基斯坦4002.7%羅馬尼亞1,31020.6%俄羅斯23,08417.8%斯洛伐克1,76053.5%斯洛文尼亞和克羅地亞69637.9%+8.0%南非1,8004.8%西班牙744817.5%瑞典9,39937.4%瑞士3,25239.5%中國(guó)臺(tái)灣4,92720.7%烏克蘭13,16848.6%英國(guó)10,96217.9%美國(guó)101,22920.2%全球376,31314%20世界核電發(fā)展展階段第一階階段，，主要要是實(shí)實(shí)驗(yàn)階階段，，只有有一些些早期期的反反應(yīng)堆堆模型型。第二階階段，，核電電工業(yè)業(yè)已經(jīng)經(jīng)進(jìn)入入了商商業(yè)應(yīng)應(yīng)用階階段，，技術(shù)術(shù)趨于于成熟熟。主要的的技術(shù)術(shù)是壓壓水堆堆、沸沸水堆堆、重重水堆堆、石石墨氣氣冷堆堆和鈉鈉冷快快堆等等。在在這個(gè)個(gè)階段段，全全球的的核電電裝機(jī)機(jī)容量量穩(wěn)步步增長(zhǎng)長(zhǎng)，但但各地地區(qū)增增長(zhǎng)速速度不不同，，增長(zhǎng)長(zhǎng)主要要集中中在亞亞洲的的新興興國(guó)家家。在第三三階段段是核核電發(fā)發(fā)展的的階段段。在這個(gè)個(gè)階段段，每每年核核電新新增裝裝機(jī)容容量將將達(dá)到到20十億億瓦，，而且且增長(zhǎng)長(zhǎng)將繼繼續(xù)幾幾十年年。第第三代代核反反應(yīng)堆堆的早早期是是先進(jìn)進(jìn)輕水水反應(yīng)應(yīng)堆時(shí)時(shí)期，，主要要的技技術(shù)為為先進(jìn)進(jìn)沸水水反應(yīng)應(yīng)堆、、歐洲洲壓水水堆、、System80+和AP600等。。21世界核核電發(fā)發(fā)展趨趨勢(shì)第三代代核反反應(yīng)堆堆后期期，將將會(huì)繼繼續(xù)提提升核核電站站的經(jīng)經(jīng)濟(jì)效效益。。目前前全球球使用用的反反應(yīng)堆堆主要要是第第二代代的反反應(yīng)堆堆核部部分第第三代代早期期反應(yīng)應(yīng)堆的的試點(diǎn)點(diǎn)。未未來(lái)第第四代代核反反應(yīng)堆堆發(fā)展展的方方向包包括：：更好好的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性、更更高的的安全全性、、更少少的廢廢棄物物核和和防止止擴(kuò)散散技術(shù)術(shù)。22我國(guó)核核能利利用現(xiàn)現(xiàn)狀截至目目前，，中國(guó)國(guó)已有有商業(yè)業(yè)運(yùn)行行核電電機(jī)組組13臺(tái)，，在建建28臺(tái)，，預(yù)計(jì)計(jì)到2020年年將達(dá)達(dá)到100多臺(tái)臺(tái)。中中國(guó)已已經(jīng)建建立了了比較較完整整的核核安全全監(jiān)管管體系系，包包括政政府監(jiān)監(jiān)管部部門、、地區(qū)區(qū)核安安全監(jiān)監(jiān)督站站以及及相關(guān)關(guān)技術(shù)術(shù)支持持單位位。我我國(guó)首首批AP1000核核電站站作為為未來(lái)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)型的的三代代新技技術(shù)的的依托托項(xiàng)目目已經(jīng)經(jīng)開建建，其其中，，浙江江三門門核電電1號(hào)號(hào)機(jī)組組和山山東海海陽(yáng)核核電1號(hào)機(jī)機(jī)組的的在建建工作作進(jìn)行行得非非常順順利。。2324第三代代核能能系統(tǒng)統(tǒng)典型型代表表————AP1000的特特點(diǎn)西屋公公司在在已開開發(fā)的的非能能動(dòng)先先進(jìn)壓壓水堆堆AP600的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上開開發(fā)了了AP1000。AP1000為為單堆堆布置置兩環(huán)環(huán)路機(jī)機(jī)組，，電功功率1250MWe，設(shè)設(shè)計(jì)壽壽命60年年，主主要安安全系系統(tǒng)采采用非非能動(dòng)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)，布布置在在安全全殼內(nèi)內(nèi)，安安全殼殼為雙雙層結(jié)結(jié)構(gòu)，，外層層為預(yù)預(yù)應(yīng)力力混凝凝土，，內(nèi)層層為鋼鋼板結(jié)結(jié)構(gòu)。。25AP1000核核島示示意圖圖26第四代代核能能系統(tǒng)統(tǒng)簡(jiǎn)述述六種第第四代代核能能系統(tǒng)統(tǒng)271.氣氣體冷冷卻快快堆系系統(tǒng)（（GFR)系統(tǒng)描描述：：氣體冷冷卻快快堆是是一種種快中中子能能譜的的氦氣氣冷卻卻反應(yīng)應(yīng)堆，，具有有封閉閉的燃燃料循循環(huán)。。堆芯芯布局局可以以基于于菱形形的塊塊狀、、柱狀狀或板板狀燃燃料組組件進(jìn)進(jìn)行布布置。。GFR采采用直直接循循環(huán)的的布朗朗循環(huán)環(huán)氣輪輪機(jī)進(jìn)進(jìn)行發(fā)發(fā)電，，或者者可以以隨時(shí)時(shí)利用用其為為生產(chǎn)產(chǎn)氫的的熱化化工產(chǎn)產(chǎn)品供供熱。。28優(yōu)點(diǎn)：快中中子跟跟錒系系元素素結(jié)合合將放放射性性廢物物減到到最少少。能能更有有效利利用易易裂變變和可可轉(zhuǎn)換換的材材料。。發(fā)展情情況：GFR的的技術(shù)術(shù)主要要來(lái)源源于大大量的的熱中中子氣氣體反反應(yīng)堆堆和少少量的的快中中子氣氣體冷冷卻反反應(yīng)堆堆的設(shè)設(shè)計(jì)。。英、、德、、美、、日、、中、、南非非、俄俄。292.鉛鉛冷卻卻快堆堆系統(tǒng)統(tǒng)（LFR）系統(tǒng)描描述：：鉛冷卻卻快堆堆是一一種快快中子子能譜譜的鉛鉛或鉛鉛/鉍鉍合金金液態(tài)態(tài)金屬屬冷卻卻的反反應(yīng)堆堆，并并且具具有封封閉的的燃料料循環(huán)環(huán)，便便于可可轉(zhuǎn)換換鈾的的有效效轉(zhuǎn)化化和錒錒系元元素的的管理理。30優(yōu)點(diǎn)：裝置具具有較較長(zhǎng)的的壽期期，整整個(gè)堆堆芯可可以在在工廠廠制造造組裝裝完全全、不不需要要任何何電氣氣化學(xué)學(xué)方面面的能能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。。發(fā)展情情況：俄羅斯斯?jié)撏в玫牡你U-鉍合合金冷冷卻反反應(yīng)堆堆技術(shù)術(shù)、一一體化化快堆堆金屬屬合金金燃料料重復(fù)復(fù)利用用和再再加工工技術(shù)術(shù)的開開發(fā)。。313.熔熔鹽反反應(yīng)堆堆系統(tǒng)統(tǒng)（MSR）系統(tǒng)描描述：：熔鹽反反應(yīng)堆堆是在在超熱熱能中中子譜譜反應(yīng)應(yīng)堆和和完全全重復(fù)復(fù)利用用錒系系元素素的燃燃料循循環(huán)，，以及及在熔熔鹽燃燃料混混合物物的循循環(huán)流流動(dòng)中中產(chǎn)生生裂變變能。。熔鹽鹽燃料料流經(jīng)經(jīng)石墨墨堆芯芯通道道，產(chǎn)產(chǎn)生超超熱能能中子子。在在熔鹽鹽中產(chǎn)產(chǎn)生的的熱量量通過(guò)過(guò)一臺(tái)臺(tái)中間間熱交交換器器傳遞遞到二二回路路冷卻卻系統(tǒng)統(tǒng)，然然后通通過(guò)一一臺(tái)三三級(jí)熱熱交換換器傳傳遞到到能量量轉(zhuǎn)換換系統(tǒng)統(tǒng)。。32優(yōu)點(diǎn)：采用封封閉的的燃料料循環(huán)環(huán)特別別能夠夠提高高钚和和微量量錒系系元素素的燃燃耗。。熔化化的氟氟化鹽鹽具有有優(yōu)良良的熱熱傳遞遞性能能，并并且蒸蒸發(fā)壓壓力非非常低低，降降低了了壓力力容器器和管管系的的應(yīng)力力。發(fā)展展情情況況：主要要是是用用于于航航天天器器推推動(dòng)動(dòng)。。1954年年的的航航天天器器反反應(yīng)應(yīng)堆堆試試驗(yàn)驗(yàn)對(duì)對(duì)堆堆能能否否達(dá)達(dá)到到的的最最高高溫溫度度(850℃℃)進(jìn)進(jìn)行行了了驗(yàn)驗(yàn)證證。。以以及及溶溶鹽鹽燃燃料料的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性問(wèn)問(wèn)題題及及與與石石墨墨鎳鎳基基材材料料的的兼兼容容性性問(wèn)問(wèn)題題。。334.鈉鈉冷冷卻卻快快堆堆系系統(tǒng)統(tǒng)（（SFR）系統(tǒng)統(tǒng)描描述述：：鈉冷冷卻卻快快堆堆是是一一種種快快中中子子能能譜譜的的鈉鈉冷冷卻卻反反應(yīng)應(yīng)堆堆，，具具有有封封閉閉的的燃燃料料循循環(huán)環(huán)，，有有利利于于錒錒系系元元素素的的有有效效管管理理和和可可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換鈾鈾的的有有效效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化。。該該系系統(tǒng)統(tǒng)重重要要的的安安全全特特征征是是較較長(zhǎng)長(zhǎng)的的熱熱響響應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)間間、、較較寬寬的的冷冷卻卻劑劑沸沸騰騰范范圍圍、、主主回回路路系系統(tǒng)統(tǒng)在在接接近近大大氣氣壓壓的的條條件件下下運(yùn)運(yùn)行行、、在在一一回回路路系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的放放射射性性鈉鈉與與電電廠廠的的水水和和蒸蒸汽汽之之間間有有一一個(gè)個(gè)中中間間的的鈉鈉系系統(tǒng)統(tǒng)。。34優(yōu)點(diǎn)：SFR可可用于于電力市市場(chǎng)，同同時(shí)由于于SFR是快中中子能譜譜反應(yīng)堆堆，SFR更能能夠有效效的利用用那些可可再利用用的易裂裂變和可可轉(zhuǎn)換的的材料。。發(fā)展情況況：法國(guó)、日日本、德德國(guó)、英英國(guó)、俄俄羅斯和和美國(guó)等等國(guó)家已已建造和和運(yùn)行了了鈉冷液液態(tài)金屬屬反應(yīng)堆堆,功率率范圍從從1.1MWt到1200MWt不不等。355.超臨臨界水冷冷卻反應(yīng)應(yīng)堆系統(tǒng)統(tǒng)（SCWR)系統(tǒng)描述述：超臨界水水冷卻反反應(yīng)堆系系統(tǒng)是一一種高溫溫高壓的的水冷反反應(yīng)堆，，它可以以在高于于水的熱熱力學(xué)臨臨界點(diǎn)的的工況下下運(yùn)行。。反應(yīng)堆堆所采用用的燃料料為氧化化鈾。SCWR系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)的主主要目的的是為了了生產(chǎn)高高效的電電力產(chǎn)品品。36優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的熱熱效率比比目前的的輕水反反應(yīng)堆高高大約三三分之一一，同時(shí)時(shí)也可以以簡(jiǎn)化裝裝置的配配置。發(fā)展情況況：其中許多多技術(shù)可可以在現(xiàn)現(xiàn)有的輕輕水堆和和超臨界界水冷化化石燃料料商用電電站中找找到，目目前還沒(méi)沒(méi)有SCWR的的原型堆堆。376.超高高溫反應(yīng)應(yīng)堆系統(tǒng)統(tǒng)（VHTR））系統(tǒng)描述述：超高溫反反應(yīng)堆系系統(tǒng)是一一種石墨墨慢化氦氦氣冷卻卻的、具具有一次次性鈾燃燃料循環(huán)環(huán)的反應(yīng)應(yīng)堆。反反應(yīng)堆是是一個(gè)600MWt的的堆芯，，它與一一臺(tái)中間間熱交換換器相連連進(jìn)行熱熱量的傳傳遞可以以用于生生產(chǎn)氫產(chǎn)產(chǎn)品、或或?yàn)槭I(yè)或或其它工工業(yè)用途途供熱。。38優(yōu)點(diǎn)：高效率，，可以用用于供熱熱、發(fā)電電。同時(shí)時(shí)，靈活活地采用用鈾/钚钚燃料循循環(huán)．并并有助于于廢物的的最小化化。發(fā)展情況況：基本技術(shù)術(shù)已經(jīng)在在先前的的高溫氣氣冷堆項(xiàng)項(xiàng)目中形形成了，，在中國(guó)國(guó)的HTR-10中也也準(zhǔn)備驗(yàn)驗(yàn)證在10MWt的功功率水平平上進(jìn)行