新能源发电 第13讲 （西安交大）.ppt

1、核电概况、核电概况反应堆物理核能的军事应用动力反应堆聚变能是一种清洁、安全、经济的能源。核反应释放的巨大能量是一种清洁、安全、经济的能源，是从化石燃料向未来能源(太阳能和聚变能)过渡不可或缺的能源。核电在生产中不产生烟尘、二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物。即使考虑到从采矿到燃料生产的整个燃料链，其产生的有害气体仅占化石燃料链的1%，释放到环境中的放射性物质仅占化石燃料链的2%。发电成本低于常规发电。对于一个100万千瓦的电站，仅需要25吨/年的核燃料(6000万)，而火力发电需要250万吨/年的煤。发电总成本比火电低30.50%。从20世纪50年代末到80年代，核能发展迅速。世界上已建成核电机组4

2、42台，总装机容量3.56亿千瓦，占总发电量的17%，为经济建设做出了巨大贡献。由于种种原因，它目前正处于发展的低潮。6%，中国必须发展核能，到2050年达到中等发达国家水平，人口16亿，人均国内生产总值1万美元，人均能源消耗34吨标准煤，总能源消耗4550亿吨标准煤，人均装机容量1千瓦，总装机容量16-21亿千瓦。据估计，2050年煤炭产量将达到2025亿吨标准煤。石油、天然气、水电和可再生能源的总量约为10亿吨标准煤。因此，缺口是1520亿吨标准煤。液体燃料的差距甚至更大。据估计，将需要56亿吨石油，但只能产生2.53亿吨环境污染。以煤为基础的能源政策必须改变。中国计划到2020年再建设3

3、0座核电厂，总装机容量为4000万千瓦，占总装机容量的4%。核子之间的吸引力可以克服正电荷之间的电磁排斥，将核子结合在一起，但其作用距离只有10-13厘米，超过这个距离，核力将不起作用。一般来说，中等质量的原子核结合紧密，核是稳定的，而重核和轻核之间的结合力稍差。重核易于放射性和裂变，而轻核可能聚集成重核，这被称为核反应。核反应伴随着质量损失和能量释放。从原子核发出的辐射来了解原子核的起源。1896年，法国物理学家贝克雷尔发现铀化合物可以使薄膜变得敏感，证明它可以发出看不见的射线。1903年，他和居里夫妇一起获得了诺贝尔奖。最著名的系统研究辐射现象的科学家是居里夫人，她不仅系统地研究了辐射现象

4、，而且直接分离了镭和钋两种放射性元素，并于1911年再次获得诺贝尔奖。原子核发出三种射线：粒子是带正电的氦核，由两个质子和两个中子组成。速度是光速的十分之一，穿透力差。射线是高能电子流，速度是光速的十分之九，是穿透力最强的高能光子。衰变的原子核自发地释放粒子，然后转变成另一个原子核(元素)。半衰期是指一半原子衰变为另一种元素的原子的时间。爱因斯坦的质能关系公式e=mc2爱因斯坦于1905年从狭义相对论中推导出这个著名的公式，很好地解释了核反应中质量缺陷与能量的关系，为核能的应用奠定了基础。在上式中，氪和钡被称为碎片，而E是释放的能量。核裂变1939年，根据当时的实验结果和爱因斯坦的理论，德国化

5、学家哈恩提出了“分裂核”的概念，证实了铀原子核在受到中子轰击后分裂成两个碎片，并释放出巨大的能量。这一划时代的发现立即得到了全世界的认可，从而获得了1944年的诺贝尔化学奖。上述裂变反应的质量缺陷是0.2144原子质量单位，这个质量缺陷是以动能和辐射能形式释放的能量。每个铀原子核裂变释放的总能量为200兆电子伏(1兆电子伏=1.602110-18焦耳)。1千克铀-235裂变释放的能量相当于2500吨标准煤的热量。链式反应裂变反应产生的一些中子继续参与反应。一些被捕获或泄漏，不能再参与反应。有三种情况：自持、发散和收敛。反应燃料对应于三种状态：临界、超临界和亚临界。核燃料，只有三种核素的核燃料能发生核裂变并引起连锁反应。铀-233、铀-235和钚-239，自然界中只有铀-235。铀-238也能在高能中子的轰击下发生裂变反应(氢弹)。铀-233和钚-239是人工制造的，由钍-232和铀-238分别吸收中子和衰变两次形成。1789年，德国柏林大学教授克拉普罗特发现了铀。铀的命名是为了纪念刚刚被发现的