完整版核能及其应用Word文件下载.docx
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原子弹是科学技术的最新成果迅速应用到军事上的一个突出的例子。
从1939年发现核裂变现象到1945年美国制成原子弹，只花了6年时间。
1939年10月，美国政府决定研制原子弹，1945年造出了三颗。
一颗用于试验，两颗投在日本。
1945年8月6日投到广岛的原子弹，代号为“小男孩”，重约4.1吨，威力不到20000吨。
同年8月9日投到长崎的原子弹，代号为“胖子”，重达4.5吨，威力约20000吨。
其他国家爆炸第一颗原子弹的时间是：
原苏联——1949年8月29日；
英国——1952年10月3日；
法国——1960年2月13日；
中国——1964年10月16日，印度——1974年5月18日。
1945年7月16日清晨5时30分，世界上第一颗原子弹在美国新墨西哥州的沙漠地区爆炸成功，发射场的温度高达1亿华氏度，等于太阳表面温度的1万倍。
发射区1.6公里内的所有生物全都荡然无存。
离发射场800米的一座32吨重的钢塔成了一堆扭曲的废物。
发射场周围800米的沙粒被融化成玻璃体，绿色透明似翡翠。
事后的测算表明，这次爆炸试验为1.86万吨梯恩梯当量，是预期的4倍。
1945年8月6日和9日，美国分别在日本广岛和长崎两市投下原子弹，使其遭到致名打击，8月15日，日本无条件投降。
据广岛、长崎两市1977年《致联合国的报告》称，在原子弹袭击中的死者和失踪者，广岛约有15万，长崎约8万。
迄今为止，因原子弹轰炸而死去的人广岛已达22万多，长崎超过12万。
今天，核武器仅仅是作为政治对抗中的威慑力量，因为任何一个国家一旦首先使用核武器，也就意味着自身的灭亡。
政治家其实对核战争毁灭性的破坏认识得比军人更清楚
1964年10月16日，我国爆炸了第一颗原子弹，成功地进行了第一次核试验。
原子弹爆炸的成功吸引了全世界的目光，一夜之间中国跨进了核大国行列，全世界刮目相看。
在这个追求实力的世界上，不断发生着以强凌弱的事情，伊拉克、南联盟这些无远程打击力量的中小国家的败局从反面说明中国拥有原子弹的价值。
核能的产生原理
原子是由质子、中子、和电子组成的。
原子世界上一切物质都是由原子构成的。
任何原子都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。
核能在50多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分裂，同时放出2-3个中子和大量的能量，放出的能量比化学反应中释放的能量大得多，这就是核裂变能，也就是我们所说的核能。
同位素质子数P相同而中子数N不同的一些原子，或者说原子序数Z相同而原子质量数不同的一些原子，它们在化学元素周期表上占据同一个位置，称为同位素。
所以，“同位素”一词用来确指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性质。
原子核一般是由质子和中子构成的，最简单的氢原子核只有一个质子、原子核中的质子核数（即原子序数）决定了这个原子属于何种元素，质子数和中子数之和称该原子的质量数。
链式裂变反应裂变反应是由中子引起的，而反应结果又产生了新的中子。
如果能用新的中子引起新的核裂变，裂变反应就能连续不断地进行下去，同时不断产生能量。
这种反应就叫做链式裂变反应。
铀是自然界中原子序数最大的元素。
它是一种金属，在地壳中含量为四百万分之一。
天然铀由几种同位素构成：
除了0.71%的铀-235（235是质量数）、微量铀-234外，其余是铀-238。
铀-235原子核完全裂变防出的能量是同量煤完全燃烧防出能量的2700000倍。
核能电厂系统
了解核能电厂的发电原理后，下一步便来看如何将这些核分裂所产生的热，变成有用的电。
这有赖核能电厂内的各个重要的系统来完成。
1核反应堆与锅炉
核反应核能发电的热源来自于放射性同位素的裂变能。
其中主要是铀的同位素，它们在发生裂变反应时可以释放出巨大的能量。
它们通常以氧化物的形式被制成棒状，作为燃料。
在反应堆这一特殊装置中，人为地使其实现自持性的链式反应，从而使热能持续地释放出来，带动发电机组来发电。
反应堆，原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了使核能具有实用价值，必须用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平稳地释放出来，核反应堆就是用来控制反应速度的装置。
反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。
压水堆中首先要有核燃料。
核燃料是把小指头大的烧结二氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百多根装有芯块的锆合金管组装在一起，成为燃料组件。
大多数组件中都有一束控制棒，控制着链式反应的强度和反应的开始与终止。
由于快中子容易被铀238俘获而不发生裂变，必需设法使快中子变成慢中子，为此在铀棒周围放上不吸收或很少吸收中子的物质，使快中子跟这些物质的原子核碰撞后，能量减少，变成慢中子。
这种物质叫减速剂。
常用的有石墨、重水和普通水。
此外为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒。
镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈俚，使镉棒插入深一些；
当反应过于缓慢，达不到所需功率时，使镉棒插入浅一些。
镉棒叫控制棒。
压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器，在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电，而主冷却剂本身的温度就降低了。
从蒸汽发生器出来的主冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。
冷却剂的这一循环通道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节
核能电厂与一般火力电厂最主要的差别在于发电所需的热功率来源的不同。
由于核能发电是属高能量密度能源的使用，如何有效、安全的将分裂所放出大量的热，经由冷却剂带出是整个核反应堆设计的重点。
图十。
2炉心架构与压力槽
燃料是主要产生热的地方。
它的型式是做成燃料丸的样子。
将燃料丸叠起来密封在锆合金所铸成的封套内，成为燃料棒。
多根燃料棒再组起来，摆成一矩阵架构，称为燃料组件。
两三百个的燃料组件再合并在一起，成为炉心。
炉心再置于一耐高压的压力槽内。
图十一、图十二、图十三、及图十四。
3冷却剂
冷却剂在发热的燃料棒间的信道，由下往上流动，将热带出炉心与压力槽之外。
由于发电时必需藉高温及高压的水蒸汽推动汽机，冷却剂可以直接在炉心内沸腾，产生水蒸汽。
冷却剂也可以将热交给另外的蒸汽产生器，去产生发电要用的水蒸汽。
4控制棒
用以控制核分裂反应，分置于炉心不同位置。
可做为热功率的微调，也可做为紧急停机之用。
通常其所使用的材料，吸收中子能力特强，以用来影响中子循环的平衡，进而控制核分裂反应。
图十五。
5屏蔽系统防护体
另外还有比较重要的正常运转下的系统，如屏蔽及防护体。
防护体及其内部粗厚的混凝土钢筋建筑物，形成了很有效的放射线屏蔽。
防护体的钢衬则做为保障其结构的密闭性用。
图十六。
6压水式核能电厂
7气冷式核能电厂
8液态金属快滋生式核能电厂
。
确保核电站安全的措施
为了确保压水反应堆核电站安全，从设计上采取了所能想到的最严密的纵深防御措施。
四道屏障
为防止放射性物质处逸设置了四道屏障：
1、燃料芯块；
2、密封的燃料包壳；
3、坚固的压力容器和密闭的一回路系统；
4、安全壳。
多重保护
在出现可能危及设备和人身安全的情况时：
1、进行正常停堆
2、因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动落入堆内，实行自动紧急停堆；
3、如因任何原因控制棒未能插入，高深度硼酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。
对一切重要设备都采取了类似的多种保护措施，如设置了两路独立的可靠的外电源，当一路外电源因事故停电时，可自动切换到另一路供电。
万一两路外电源同时断电怎么办？
不要紧。
核电站里还有由柴油发电机提供的紧急备用电源。
专设安全设施
人们常用“万无一失”来形容一件事物的安全可靠，而核电站为这极不可能出现的“一失”出作了周密准备，这就是专设安全设施。
我们可以设想这“一失”是管壁很厚的一回路主管道断裂了。
这时专设安全设施投入工作，首先向堆内高压注水，防止堆内“烧干”；
压力降低后，低村注水系统工作，继续向堆内注水冷却。
与此同时，安全壳与外界自动隔离；
安全部顶的喷淋系统自动喷淋冷水，降低安全壳的温度和压力；
消氢系统投入工作，除去可能引起爆炸的氢气。
质量保证体系
核电站有着严密的质量保证体系。
对选址、设计、建造、调试和运行等各个阶段的每项具体活动都有单项的质量保证大纲。
另外，还实行内部和外部监查制度，监督检查质量保证大纲和初稿情况和是否起到应有的作用。
质量保证体系对参加核电站工作的人员的选择、培训、考核和任命有着严格的规定。
以操纵员为例，要求选择基本素质好，有一定学历和工作经验的人员，经过课堂、核电站模拟机和核电站实际运行培训，再通过国家级的考试领取操纵员执照，然后才能上岗。
上岗工作以后，还要进行再培训和定期考核，不合格都将被吊消执照。
国家为保证核电站安全采取的措施
设置国家协调机构
国务院核电领导小组及国家计委核电办公室负责核电建设和安全管理的指导协调。
设立国家主管机构
国务院授权中国核工业总公司行使对核电站的主管职能，作为核电站安全运行的领导者，中国核工业总公司内专设了核电站建设、运行和安全防护管理监督局，加强对核安全的专门领导、指导、管理和监督。
建立国家核安全监督机构
1984年10月我国成立了国家核安全局，作为国家的核安全监督机构，其基本职能是依照我国的法律、法规，对民用核设施实行独立的安全审评和监督。
国家环境保护局、劳动部和卫生部分别负责对环境质量、职业安全和人身安全进行独立的监督检查和审评。
制定和完善核安全防护法规体系
国务院已颁布《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》，国家核安全局、环境保护局、劳动部和卫生部等部门还颁布初稿有关核电站厂址选择、设计、运行、质量保证、辐射防护和废物管理、职业安全卫生等安全规定以及辐射防护基本标准等。
中国核工业总公司颁布了一系列技术标准。
以后还将颁布一些法规，逐步形成完善配套的核安全防护标准体系。
实行核设施安全许可证制度
核电站在建造和运行前其营运单位要向国家核安全局提出安全许可证申请书，提交初步和最终安全分析报告并向国家环境保护局提交环境影响报告书。
国家核安全局和环境保护局分别组织有关专家对报告书进行审评，就存在问题向核安全和环境保护专家委员提出咨询，并征询国务院有关部委和地方人民政府的意见，在建造、运行条件完全符合国家有关规定后才颁布建造和运行安全许可证。
营运单位只有获得安全许可证才能开展相应的工作。
核电站不会像原子弹那样发生爆炸
核燃料中有效成分是铀－235，铀－235同样也是原子弹中的核炸药，那么核电站会不会像原子弹那样爆炸呢？
不必担心，绝没有这种可能性！
“啤酒烧不着”
核燃料中铀－235的含量约为3％，而核炸药中的铀－235含量高达90％以上，正像啤酒和白酒都含有酒精，白酒因酒精含量高可以点燃，而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一样。
原子弹同样是一项高技术产品，形成核爆炸有非常严格的条件。
原子弹必须用高浓度的铀－235或钚－239作核装料，以一套精密复杂的系统引爆高能烈性炸药，利用爆炸力在瞬间精确在改变核装料的开头或位置，才能形成不机控的链式裂变反应，发生核爆炸。
这种苛刻的条件，在核电站里是不可能有的。
压水型反应堆具有设计所赋予的内在安全的特性。
更何况核反应堆还有多重的安全保护系统，确保反应堆不会失控
核电站和日常生活辐照水平的对比
一次全身大剂量辐射照射对身体的影响
剂量当量水平
对人体的影响
小于0.25希沃特
未观察到临床效应
0.25－0.5希沃特
可以引起血液的变化
0.5－1希沃特
血液发生变化且有一些损伤
1－2希沃特
损作，并可能发生轻度急性放射病，容易治愈
2－4希沃特
明显损伤，能引起中度急性放射病，能治愈
4－5希沃特
能引起重度急性放射病，虽经治疗50％受照者有可能在30天内死亡，其余50％能恢复引起极重度放射病
大于6希沃特
可能因此而死亡
从表上可以看出，在一定的范围内，人体对放射性损伤有自然抵抗和恢复能力。
人体能够耐受一次0.25希沃特的集中照射而不致遭到损伤，但是国家为了保护工作人员和居民的身体健康，规定了特别严格的限值，即从事放射性工作的人员每年不超过0.05希沃特，核设施周围居民每年不超过0.001希沃特，也就是每年不超过1毫希沃特，核电站对人造成的实际剂量比上述限量要小得多。
中国核工业总公司为核电站规定的管理标准，对周围居民的照射不得超过0.25毫希沃特/年。
核电站与环境
核电站，由于很多人对它还不太了解，受到上些不公正的对待，总觉得它地污染环境，会给人们的生活带来损害。
其实核电站推广应用，不但能提供大量电力，还会大大改善环境，因为它是比较清洁的能源。
目前困扰人类社会的环境污染，自然资源（主要是能源）短缺和人口爆炸性增加这三个主要问题。
至少有两个靠核能能得到缓解。
目前的环境清洁问题大部分是由使用化石燃料引起的。
由二氧化碳等造成的温室效应以及二氧化碳和氮氧化物等造成的酸雨正在全球范围内破坏人类赖以自下而上的生态环境。
一座100万千瓦的燃煤电站每年要耗300万吨煤，产生的废物总量超过300万吨，特别是火电站排入环境中的放射性物质比核电站排出的还要多！
法国1980年到1986年间核电占总发电量的比例由24％提高到70％，在此期间法国总发电量增加40％，而排放的硫氧化物却减少了9％，尘埃减少了36％，大气质量有明显改善。
事实证明用核电站代替火电站，能大大改善环境质量。
核电站是人类的朋友，也是环境的朋友。
核电：
清洁安全的能源
目前的环境污染问题大部分是由于使用化石燃料引起的。
火电必然排放大量的烟灰、二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物。
而由二氧化碳等造成的温室效应以及二氧化硫和氮氧化物等造成的温室效应以及二氧化硫和氮氧化物等造成的酸雨正在全球范围内危及人类赖以生存的生态环境。
核电是清洁的能源。
与煤电站相比，核电站不向环境排放一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物以及烟尘。
据测算，一座100万千瓦的燃煤电站，通过烟囱排放的烟囱中，镭、钍等放射性核素，使附近居民受到的剂量约为0.05毫希/年，相同容量的核电站在正常运行中排放的微量放射性物质，使周围居民受到的剂量约为0.02毫希/年。
核电是安全的能源。
秦山核电站辐射工作人员全身个人剂量年管理限值是20毫希/年。
秦山核电站运行以来的实测表明，工作人员接受的职业照射远低于该限值。
以1999年为例，实测值为0.42毫希/年。
经过十多年来的秦山核电站环境监测站、浙江省环境监测站以及航空监测分析表明，秦山核电站运行前后周围环境放射性水平没有变化，空气中贯穿辐射剂量率水平、放射性气溶胶和沉降物及各种环境介质中的放射性水平均处于运行前的本底涨落范围内，生态环境未见异常，环境质量良好。
核电站实施纵深防御、多重保护、多样性的设计原则，确保核安全；
核电站运行期间不受发电量、经济效益和其他因素的约束。
以秦山核电站为例，它有三道屏障，用于防止放射性物质的外泻。
第一道屏障是锆-4合金的燃料包壳，它把核燃料及其裂变产物封闭起来。
第二道屏障是壁后为175毫米钢板制成的反应堆压力容器以及相应的管道设施，它把反应堆冷却剂包容在里面，防止有放射性的反应堆冷却剂外泄。
第三道屏障是反应堆安全壳，它是高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。
安全壳既能抵御外部破坏，例如龙卷风、地震、喷气式飞机的撞击，还能抵御最严重事故情况下内部的高温和高压，防止放射性物质的外泄。
核电站其他设施的设计也有很高的安全性，如秦山核电站外围有长1817.92米、高9.7米的海堤，是按抵御千年一遇的高潮位与千年一遇的浪爬高叠加设计的。
同时它还围海造田850亩。
截止1999年底，全世界核电机组累计运行9385堆年，5级以上的事故只发生过2次，即美国的三里岛和前苏联的切尔诺贝利核电站事故，但造成人员死亡的只有切尔诺贝利事故，死亡30人，其中辐射致死28人。
1986年，前苏联发生切尔诺贝利核电站事故，这是迄今为止世界上核电站发生的最大事故。
联合国原子辐射效应科学委员会在研究和分析切尔诺贝利核电站事故已有资料的基础上得出的结论是：
“除童年被照人员可观察到甲状腺癌增加外，在切尔诺贝利事故14年后没有发现与电离辐射相关的主要公众健康影响；
没有观察到与电离辐射可能有关系的总的癌症发病率或死亡率的增加；
甚至在事故清理工作人员或儿童中，作为辐射照射最灵敏的指标之一的白血病也没有增加；
在与电离辐射相关的其他非肿瘤疾病（躯体的或神经的）方面，没有增加的科学依据。
”1979年3月，美国三里岛核电站发生严重事故，由于有压力容器、安全壳等安全设施，没有造成大量放射性物质外泄。
调查表明，事故对环境和居民没有造成任何危害和伤亡，在核电站周围80公里内的所受的辐射剂量平均为0.01~0.05毫希，约为天然本底辐射量的1%，最大的个人剂量为0.7~1毫希，相当于一次X光医疗照射。
原子能实际上指的是原子核能，在实用上指重核裂变和轻核聚变时所放出的巨大能量。
一千克铀—235全部裂变产生的能量相当于2500吨标准煤燃烧时放出的能量。
核电站每年需要的核心燃料很少，一座100万千瓦功率的核电站，每年只需要补充30吨左右的核燃料，而相同规模的煤电站则需要330万吨煤。
一些人把反应堆混同于原子弹这是错误的。
实际上，原子弹是只能实现不可控核裂变反应的装置，即一旦引发，反应就不能中止，直到爆炸，是一次性的；
而反应堆则可实现可控的核裂变反应，可以根据人们的要求调节核裂变反应水平，而且可以反复使用，把核能转换成电能。
压水堆所使用的核燃料是含3%左右铀—235的低浓铀，它不可能引起核爆炸；
而用作核弹头装料的铀--235的含量必须大于90%。
放射性并非是核电的“专利”，实际上人类世代生活在天然放射性环境中。
天然放射性主要来自三个方面：
（1）宇宙射线的照射。
宇宙射线是一种从宇宙空间照射到地面上来的射线，离开地面越高受到的照射就越大。
（2）地面和建筑物中的放射性。
土壤和建筑材料（如砖、水泥等）都含有放射性物质（铀、钍、镭等），这些物质放出的射线会使人类受到照射。
（3）饮食摄入。
食入和吸入的是长寿命放射性同位素和氡的同位素。
此外人们在日常生活中还会受到一些额外照射，如看电视、抽烟、戴夜光表、乘飞机、X光透视等。
人类所接受的辐射照射来自许多方面，专家们经过研究、测定和计算表明：
人类所接受的集体剂量中，有76.58%来自天然放射性，20%源于医疗的需要，核电所占的份额仅为0.25%。
核电站从事放射性工作的人员，其受辐照剂量是非常有限的。
国家规定从事放射性工作的人员每年所受的辐照剂量不得超过50毫希，核电站周围居民每年不得超过0.25毫希，而来自自然界本底的辐射每年约为2.4毫希。
核能的优点————替代石化燃料，清洁环保
核能在50年前还是一种幻想中的技术，是实验室里的研究课题，公众只能在科幻小说中知道核能。
今天，核能已经走入我们的生活，人类已经在利用核能所发的电力了。
在一些国家，核能成为主要的电力能源。
世界目前有30多个国家拥有核电站，这420多座核电站提供了全球总电力的17%。
在法国，核电甚至占到70%以上。
这就意味着核能实际上可以为你带来诸多便利：
比如，方便的微波炉，和舒适的电热毯，以及你的娱乐用的CD音响。
尽管核站并不在你家附近，但是通过电线，你仍然可以享用核能带来的这些好处。
除了这些，我们还能从核电站中获得那些好处呢?
科学家可以自信地告诉你：
1）它提供了一种代替大量燃烧煤炭、石油等化石燃料的方法--使得发电对环境的影响更小。
2）为我们经济的发展提供了大量的电力，加强了高新技术的实力，使得我们的经济能够持发展，也提高了我们的全球竞争能力。
3）有效减少石油消耗。
就美国来说，一年依靠核电就可以减少将近100,000,000桶的原油进口量，这很重要，使得美国可以不再依赖国外原油的进口，而且，正在发展更先进的核电厂，这样就可以达到建造快、初投资少、运行更良好的目的。
核能--绿色能源
长期以来，人类一直为污染、煤烟、城市烟雾等困扰。
而核能则可以称作绿色能源。
它通过轰击铀原子来获得能量，不像燃烧煤炭那样向环境直接排放污染物。
美国由于使用核能代替其他的能源，发电厂每年减少147,000,000吨的二氧化碳排放量。
这使得我们能够更好的呼吸新鲜空气。
其它国家也发现了核能对环境的诸多好处。
比如法国，与80年代相比，发展了近3倍的核能源。
与此同时，法国由于发电导致的污染减少了80%~90%。
21世纪已经到来!
我们将如何面对到来的下一个10年？
膨胀的人口...发展的经济...对计算机更多的依赖、各种电子技术...对进口石油的更多依赖...天然气价格和长期供应的不确定性...以及燃烧天然燃料对环境带来的一大堆问题。
所有这些问题归结到一点，那就是：
我们需要更多的电力资源--包括核能发电。
下一个30年，核能将是我们可以依赖的能源--能够可靠地提供电力，保护环境，并促进经济。
什么是“核按钮”
正当世界各国人民迎接新千年之际，俄罗斯总统叶利钦宣布辞职，并将一只象征俄罗斯总统权力的“核按钮”手提箱交给了代总统普竟。
叶利钦于1991年从前总统戈尔巴乔夫手中接过这只手提箱后，除了1996年住院接受手术期间外，他一直都将它带在身边。
什么是“核按钮”呢？
“核按钮”是一种特殊的通
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