核能利用论文核能利用的论文.doc

核能利用论文核能利用的论文核能利用核能的释放通常有两种形式，一种是重核的裂变，即一个重原子核(如铀、钚)分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量；另一种是轻核的聚变，即两个轻原子核(如氢的同位素氘)聚合成为一个较重的核，从而释放出巨大的能量。 重核裂变能 1938年，德国科学家奥托哈恩和斯特拉斯曼用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。铀-235是自然界存在的易于发生裂变的惟一核素。当一个中子轰击铀-235原子核时，这个原子核能分裂成两个较轻的原子核，同时产生2到3个中子和、等射线，并放出能量。如果新产生的中子又打中另一个铀235原子核，引起新的裂变。以此类推，这样就使裂变反应不断地持续下去，这就是链式裂变反应。在链式反应中，核能就连续不断地释放出来。 1942年12月2日，在美国芝加哥大学体育场西看台底下的一个网球厅内，一批科学家在恩里科费米的领导下，聚精会神地操纵着一座由40吨天然铀短棒和385吨石墨砖构成的庞然大物。下午3点25分，启动运行成功。这个庞然大物，就是世界上第一座人工核反应堆。虽然从反应堆发出的功率只有05瓦，还不足点亮一盏灯，但其意义非同小可，它首次实现了自持链式反应，从而开始了受控的核能释放，标志着人类从此进入了核能时代。 1954年，前苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站，输出功率为5000千瓦。到60年代中期，核电站走向实用化和商品化。工业发达国家核电发电成本已与燃煤火力发电站持平甚至略低。目前建成的核电站其原理均是利用铀的裂变能。铀-235原子核完全裂变放出的能量是同量煤完全燃烧放出能量的270万倍。这就意味着，一座100万千瓦的火电厂每年要烧掉约330万吨煤，而同样容量的核电站一年只需耗用大约12吨核燃料。 1991年，中国自行设计、建造的第一座核电站泰山核电站启用，继之大亚湾核电站投产。中国正规划兴建4座新的核电站，到2010年核电总量有望达到2000万千瓦。 至本世纪初，核能已占全世界总能耗的6。 轻核聚变能 在1938年发现铀核裂变的前5年，人们就已经发现了核聚变。都带正电的原子核间既彼此吸引又互相排斥，核力是一种短程力，两个带正电的原子核互相接近时，它们之间的静电斥力也越来越大。当两个原子核之间相距只有约3x10-12(万亿分之三)毫米时，它们之间的吸引力才会大干静电斥力，两个原子核也才可能聚合到一起同时释放出巨大的能量，这就是核聚变。 与重核裂变相比，轻核聚变发电有着无可比拟的优点： (1)能量巨大。核聚变比核裂变释放出更多的能量。例如，铀-235的裂变反应，将01的物质变成了能量；而氘的聚变反应，将近04的物质变成了能量。 (2)资源丰富。重核裂变使用的主要原料是铀，目前探明的储量仅够使用几十年；而轻核聚变使用的是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量，即“1升海水约等于300升汽油”，地球上海水中就有45万亿吨氘，足够人类使用数百亿年。而且地球上锂储量有2000多亿吨，锂可用来制造氚，足够人类在聚变能时代使用。因此受控核聚变的燃料取之不尽、用之不竭。 (3)成本低廉。1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的140。 (4)安全、无污染核。聚变不产生放射性污染物，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会发生爆炸。 但是，实现核聚变的条件十分苛刻，为了使2个原子核聚变，必须使两个原子核的一方或双方有足够的能量，去克服彼此之间的静电斥力，满足这样的条件需要几千万甚至几亿摄氏度的高温。 20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大的进展，而托卡马克类型的磁约束研究更是一路领先，并成为世界上第一座热核反应堆的设计基础。 托卡马克在俄语中是“环形”“真空”“磁”“线圈”几个词的组合，即“环流磁真空室”的缩写。前苏联著名物理学家塔姆在20世纪50年代初，提出了用环形强磁场约束高温等离子体的设想。受这一思想的启发，前苏联物理学家阿奇莫维奇开始了这一装置的研究。最初，他们在环形陶瓷真空室外套多匝线圈，利用电容器放电使真空室形成环形磁场。与此同时，用变压器放电，使等离子体电流产生极向磁场。后来又利用不锈钢真空室代替陶瓷真空室，还改进了线圈的工艺，增加了匝数，改进了磁场位形，最后成功地建成了一个高温等离子体磁约束装置。阿奇莫维奇将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克。 在托卡马克装置中，聚变反应是在圆环形的聚变反应室内进行的。这个室像一个汽车轮胎的内胎。圆环上绕的线圈产生的强磁场，使等离子体保持在圆环的中心，不会和圆环的内壁接触。首先用感应产生的大电流，对等离子体进行加热。这种加热是利用等离子体有电阻的特性进行的，但随着温度的升高，等离子体电阻又急剧下降。所以在一般情况下，欧姆加热很难使等离子体内的离子温度超过1x107。因此需要在欧姆加热的基础上，对等离子体进行二次加热。这可以采用中性束的办法，即注入高能量的不带电的原子束。1978年美国科学家用这个办法将等离子体加热到7x107。 自20世纪70年代起，世界范围内掀起了托卡马克的研究热潮。目前，全世界有30多个国家及地区开展了核聚变研究，运行的托卡马克装置有几十个。 最近，由中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国共同参与的国际热核反应堆合作计划(ITER)因其最终选址问题再次引起了人们的兴趣。这个被称为“人造太阳”的热核反应堆，不仅因为13万亿日元的巨大投资引人关注，更因为如能在未来50年内开发成功，将在很大程度上改变目前世界能源格局，使人类拥有取之不尽、用之不竭的理想的洁净