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化学与能源论文
核能的利用
摘要
中国作为一个能源大国目前依旧面临着巨大的资源与环境挑战,人均资源匮乏,环境堪忧。化石能源开采殆尽,环境愈加恶劣。我们不应该坐以待毙,应当寻找新能源打破当前困境。
新能源有别于传统化石能源,具有清洁无污染、安全高效率等优点。而化学新能源是将化学能直接转化成电能,如锂离子电池、燃料电池、电化学电容器等,具有广阔的应用发展前景。
本文阐述了核能的历史及原理,讨论了核能的优点与广阔应用前景,并且理性的认识和探讨其缺点,希望能为解决当前的能源危机提供一些建议。
一、核能的历史
简史---------------------
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发现了放射性。
1898年居里夫人发现新的放射性元素钋。
1902年居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。
1905年爱因斯坦提出质能转换公式。
1914年英国物理学家卢瑟福通过实验,确定氢原子核是一个正电荷单元,称为质子。
1935年英国物理学家查得威克发现了中子。
1946年德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核,发现了核裂变现象。
1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。
1945年8月6日和9日美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。
1957年苏联建成了世界上第一座核电站------奥布灵斯克核电站。
二战后,人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开对核能应用前景的研究。
发展进程---------------
第一代核电站。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代。1954年前苏联建成发电功率为5兆瓦的实验性核电站;1957年,美国建成发电功率为9万千瓦的Ship Ping Port原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。
第二代核电站。20世纪60年代后期,在实验性和原型核电机组基础上,陆续建成发电功率30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组,他们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明。
第三代核电站。20世纪90年代,为了消除三里岛和切尔诺贝利核电站事故的负面影响,世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关,美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》,即URD文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》,即EUR文件,进一步明确了预防与缓解严重事故,提高安全可靠性等方面的要求。
第四代核电站。2000年1月,在美国能源部的倡议下,美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家,联合组成了“第四代国际核能论坛”,与2001年7月签署了合约,约定共同合作研究开发第四代核能技术。
二、核能发电的原理
核燃料水池

核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应释放裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片,同时放出中子和大量能量的过程。反应中,可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗,至少有一个中子能引起另一个原子核裂变,使裂变自持地进行,则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。

核能的获得途径主要有两种,即重核裂变与轻核聚变。核聚变要比核裂变释放出更多的能量。例如相同数量的氘和铀-235分别进行聚变和裂变,前者所释放的能量约为后者的三倍多。被人们所熟悉的原子弹、核电站、核反应堆等等都利用了核裂变的原理。只是实现核聚变的条件要求的较高,即需要使氢核处于6000度以上的高温才能使相当的核具有动能实现聚合反应。
核能的优点:
,因此核能发电不会造成空气污染。
。
,除了发电外,没有其他的用途。
,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。
,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。
核能的缺点:
,或者是使用过之核燃料,虽然所占体积不大,但因具有放射性,故