核能技术与新材料

1、核能技术与材料应用化学应用化学12-01 12-01 杨艳杰杨艳杰1 1 核能的发展史核能的发展史19世纪末，英国物理学家汤姆逊发现了电子；1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线；1896年，法国物理学家贝克勒尔首次发现了天然铀的放射性；1898年，居里夫人又发现了新的放射性元素钋和镭；1902年，她经过4年的艰苦努力成功分离出毫克级的高纯镭；1905年，爱因斯坦提出了著名的质能转换公式Emc2；1914年，英国物理学家卢瑟福通过实验，发现质子。1932年，英国物理学家查得威克发现了中子。1938年，德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。2 2 核能技术的应

2、用一、利用强放射性的核辐照技术；一、利用强放射性的核辐照技术；二、利用弱放射性的核影像技术；二、利用弱放射性的核影像技术；三、利用人工核反应的质能转换技术。三、利用人工核反应的质能转换技术。四、给人类带来灾难的核武器。四、给人类带来灾难的核武器。一、利用强放射性的核辐照技术；一、利用强放射性的核辐照技术；(1)(1)、在工业中，利用低能加速器产生的射线进行辐射合、在工业中，利用低能加速器产生的射线进行辐射合成和辐射聚合，可以生产出性能良好的产品；成和辐射聚合，可以生产出性能良好的产品；(2)(2)、在农业方面，核辐照技术主要用于植物育种和杀灭、在农业方面，核辐照技术主要用于植物育种和杀灭害虫及

3、农产品保藏害虫及农产品保藏( (延迟发芽、抑制的发芽延迟发芽、抑制的发芽) )；(3)(3)、在医、在医疗卫生方面对许多不耐热药品进行冷消毒杀菌及放射性疗卫生方面对许多不耐热药品进行冷消毒杀菌及放射性治疗。治疗。二、二、利用弱放射性的核影像技术；利用弱放射性的核影像技术；在医疗（包括口腔、胸腔）诊断中，另一种应用在医疗（包括口腔、胸腔）诊断中，另一种应用是放射性治疗，放射性治疗的原理就是利用加速是放射性治疗，放射性治疗的原理就是利用加速器产生的粒子束或射线的电离作用，最大程度地器产生的粒子束或射线的电离作用，最大程度地破坏肿瘤细胞而尽可能少地影响正常组织，其效破坏肿瘤细胞而尽可能少地影响正常组

4、织，其效果根据电离作用在人体内的深度分布曲线来判断。果根据电离作用在人体内的深度分布曲线来判断。X X射线在工业上也有很多应用，例如，可以用来射线在工业上也有很多应用，例如，可以用来测量某些物质的厚度或勘测潜在的缺陷。测量某些物质的厚度或勘测潜在的缺陷。X X射线射线还应用于许多科研领域，从生物到天文，特别是还应用于许多科研领域，从生物到天文，特别是为科学家提供了大量有关原子和分子结构的信息。为科学家提供了大量有关原子和分子结构的信息。 三、利用人工核反应的质能转换技术。三、利用人工核反应的质能转换技术。也就是我们常说的和平利用核能，即核电。也就是我们常说的和平利用核能，即核电。大亚湾核电站四

5、、给人类带来灾难的核武器。四、给人类带来灾难的核武器。核武器的威力核武器的威力3 3 核电站的定义及发展核电站的定义及发展什么是核电站？什么是核电站？核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放的的能量产生电能的发电厂。的的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核目前商业运转中的核能发电厂都是利用核裂变反应而发电。裂变反应而发电。核电站一般分为两部分：利用原子核裂变核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发

6、电机系统），使用的燃料一般是放汽轮发电机系统），使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。射性重金属：铀、钚。核电站的发展核电站的发展第一代核电站第一代核电站20世纪世纪50年至年至60年代初，苏联、美国等建造了第年代初，苏联、美国等建造了第一批单机容量在一批单机容量在300MWe左右的核电站，如美国左右的核电站，如美国的希平港核电站和英第安角的希平港核电站和英第安角1号核电站，法国的号核电站，法国的舒兹核电站，德国的奥珀利海母核电站，日本的舒兹核电站，德国的奥珀利海母核电站，日本的美浜美浜1号核电站等。号核电站等。第二代核电站第二代核电站20世纪世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进年代，因

7、石油涨价引发的能源危机促进了核电发展，世界上已经商业运行的了核电发展，世界上已经商业运行的400多台机多台机组大部分在这段时期建成，称为第二代核电机组。组大部分在这段时期建成，称为第二代核电机组。第三代核电站第三代核电站第四代核能系统第四代核能系统第四代核能系统将满足安全、经济、可持续发展、第四代核能系统将满足安全、经济、可持续发展、极少的废物生成、燃料增殖的风险低、防止核扩极少的废物生成、燃料增殖的风险低、防止核扩散等基本要求。散等基本要求。4 4 核反应堆的原理核反应堆的原理反应堆是核电站的关键设计，链式裂变反应就在反应堆是核电站的关键设计，链式裂变反应就在其中进行。反应堆种类很多，核电站

8、中使用最多其中进行。反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。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。式反应的强度和反应的开始与终止。压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料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

9、堆，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，进入蒸汽发生器， 在那里把热量传给二次侧的在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电，水，使它们变成蒸汽送去发电， 而主冷却剂本而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽发生器出来的主身的温度就降低了。从蒸汽发生器出来的主 冷冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷却剂的这一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循环通道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。持和调节。5 5 核废料和热污染是两大难题核废料和热污染是两大难题目前，大部分处理手段是将核废料进行固化后，目前，大部分处理手段是将核废料进行固化后，暂存在核电厂内的废物库中，经过暂存在核电厂内的废物库中，经过5 51010年后运年后运往国家规划的放射性废物库贮存或处理。但到现往国家规划的放射性废物库贮存或处理。但到现在为止，还没有一个国家能够找到安全、永久处在为止，还没有一个国家能够找到安全、永久处理高放射性核废料的办法。但核废料无法处理仅理高放射性核废料的办法。但核废料无法处理仅仅意味着无法在短时间内消灭，其本身在储存过仅意味着无法在短时间内消灭，其本身在储存过程中的安全性还是有保障的。程中的安全性还是有保障的。核电站