2018/9/21,1,核能和平利用的现状和前景,2018/9/21,2,一、核能在能源中的地位 二、核能是怎样产生的？ 三、核反应堆与核电站 四、核电站安全吗？ 五、诱人的前景-核聚变发电 六、中国能源发展战略,2018/9/21,3,一、核能在能源中的地位,2018/9/21,4,能源是人类赖以生存和发展的基本条件，是国家国民经济的基础产业 ，它对国民经济持续快速健康发展和人民生活的改善发挥着十分重要的促进与保障作用。自然也是各国利益争夺的重点和外交热点之一。,2018/9/21,5,纵观社会发展史，人类经历了柴草能源时期、煤炭能源时期和石油天然气能源时期，目前正向新能源时期过渡，并仍在不懈地为社会进步寻找和开发更新更安全的能源。可以相信能源的多元时代即将来临。,2018/9/21,6,目前，人们能利用的能源仍以 煤炭、石油、天然气为主，在世界 一次能源消费结构中，这三者的总 和约占93%左右。 所谓一次能源是指从自然界取 得的未经任何改变或转换的能源， 如原油、原煤、天然气、生物质能、水能、核燃料、太阳能、地热能、潮汐能等。,2018/9/21,7,电力，因其输送方便和干净，已成为使用最广的二次能源。 所谓二次能源是指一次能源经过加工或转换得到的能源，如煤气、焦碳、汽油、煤油、电力、热水、氢能等。,2018/9/21,8,煤炭和石油发电在消耗了大量宝贵的化石资源的同时，放出的废气严重污染环境 ，大量的燃料运输又给交输部门增添了沉重的负担。水力发电因为只有江河发电才有工业利用价值，且受季节洪水影响很大，库区移民安置问题始终困扰着水电的发展。,2018/9/21,9,太阳能、风能、生物质能、 地热能、海洋能等其它能源在目 前的技术水平下都很难形成工业 规模 。只有核能是唯一可替代传统能源(火力发电和水力发电) ，并能形成工业规模的新能源。,2018/9/21,10,全世界现有440座核电机组在运行， 总装机为 3.668亿千瓦（电功率）. 核电占全球总电力生产量的 16 ， 核电已成为世界能源结构中重要组成部分之一。,2018/9/21,11,全世界共有6个国家的核电在国家电力生产中的比 例超过50 ，有19个国家的核电在国家电力生产中的比 例超过20 ，其中： 法国（78）、 韩国（38）、 立陶宛（72）、 德国（32）、 斯洛伐克（55）、 日本（29）、 比利时（55）、 西班牙（23）、 瑞典 （ 52）、 美国（20）、 乌克兰（51）、 英国（20） 。,2018/9/21,12,NUCLEAR POWER PLANTS INFORMATION,2018/9/21,13,按照正在运行的核电机组数来排列美国（104）、 德国（17）、 法国（59）、 加拿大（17）、日本（54）、 乌克兰（15）、俄国（31）、 印度（15）、英国（23）、 瑞典（10）.韩国（20）、,2018/9/21,14,我国（不包括台湾在内）现有9 台核电机组在运行，核电仅占全国电力生产总量的 2.2.我国台湾还有 6 台核电机组在运行，核电占台湾电力生产总量的25 .,2018/9/21,15,二、核能是怎样产生的？,2018/9/21,16,2018/9/21,17,2018/9/21,18,原子核 Nucleus 原子核的体积很小，位於原子的中心，由质子和中子組成。质子帶有正电荷。电子环绕着原子核运转，电子帶负电荷。,2018/9/21,19,氦原子结构示意图 氦原子由原子核与核外电子构成，核内有2个质子（带正电）、2个中子（电中性），核外有绕核高速运动的2个电子（带负电）。原子核的半径约占原子半径的几万分之一。,2018/9/21,20,核裂变 Nuclear fission 核裂变是一个质量数较大的原子核分裂成兩个中等质量的原子核，並有中子和能量放出。,2018/9/21,21,2018/9/21,22,核聚变 Nuclear fusion 核聚变是两个原子质量小的原子核結合成一個原子质量较大的原子核，並释放出大量能量。,2018/9/21,23,氘氚聚变反应,2018/9/21,24,核裂变和核聚变之所以能释放能量是由于重核核裂变和轻核核聚变时出现原子核质量亏损。 按照爱因斯坦质能转换定律： E=MC2 其中 E 能量(尔格) M 质量(克) C 光速=3x1010厘米/秒,2018/9/21,25,重核裂变成中等质量原子核时释放的能量，称为核裂变能。 轻核聚合成中等质量原子核时释放的能量，称为核聚变能。,2018/9/21,26,核裂变是原子弹以及当今世界上所有核电站的原理。 核聚变是氢弹以及太阳上发生的反应的原理。,2018/9/21,27,三、核反应堆与核电站,2018/9/21,28,核反应堆 Nuclear reactor 核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配核燃料从而实现可控裂变链式反应的装置。,2018/9/21,29,2018/9/21,30,铀-235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出 2 - 3 个中子。这些裂变产生的中子又去轰击另外的铀-235原子核，引起新的裂变，如此持续进行就形成了裂变链式反应。,2018/9/21,31,在核反应堆中，加入吸收中子的材料 ( 如硼、鎘 )吸收多余的中子，维持链式反应在可控条件下，就是可控裂变链式反应。,2018/9/21,32,2018/9/21,33,裂变材料 慢化剂 冷却剂 核反应堆堆型 稍加浓铀 H2O H2O 轻水堆 ( 压水堆、沸水堆 ) 稍加浓铀 石墨 H2O 石墨慢化 轻水冷却堆 稍加浓铀 D2O H2O 重水慢化 轻水冷却堆 天然铀 D2O D2O 重水堆 (CANDU型) 天然铀 石墨 CO2 气冷堆 铀-钚混合 Na 钠冷快中子堆,2018/9/21,34,2018/9/21,35,第一代是指上世纪50代到60 年代初建成的几座示范型核反应堆发电机组，目前已全部关闭。 第二代是指上世纪60 年代起至今建成的四百多座核反应堆发电机组，除少数因达到寿期关闭外，绝大多数仍在运行中。 第三代是指正在开发中的性能更好的核反应堆发电机组。,2018/9/21,36,2018/9/21,37,欧洲压水堆(EPR)是目前唯一在建的第三代反应堆，是一种改进型的压水堆。EPR的电功率約1600MWe ；建造工期缩短，從浇注第一罐混凝土到调试运行仅需57個月；能源利用效率提高36，达到現在轻水反应堆最好的水平；其服役寿命可延長至60年 ； 同等发电量，EPR比一般轻水堆少用15的铀燃料，因此也減少了废物产量。,2018/9/21,38,芬兰在2003年12月18日与AREVA和西門子联合体签署合同，在芬兰的 Olkiluoto 厂址建造一台EPR机組。第一罐混凝土已于2005年年中浇灌。 法国电力公司決定在諾曼底的弗拉芒維尔厂址开始建造EPR系列的首台机組。該項目將于2007年开始，預计 5 年完成 。,2018/9/21,39,核电站与火电站(燃煤电站和燃油电站)相比有很多优越性。 第一，从能量角度看，裂变能比化学能大得多。1公斤铀裂变释放的能量2700吨优质煤所释放的能量。,2018/9/21,40,第二，从资源角度看，已探明铀矿、钍矿按蕴藏的能量计算为所有有机燃料的20倍。 而石油、煤等有机燃料是极有用的化工原料，在地球上形成时间约亿万年，按已探明和预计的蕴藏量计算，石油和天然气仅够使用5070年，煤仅够使用140200年。,2018/9/21,41,第三，从运输角度看，100万千瓦核电站每年需补充的铀235不到 1吨，每年只需运输一次燃料组件约27吨。 而100万千瓦煤电站每年需烧煤260万吨，每天必须有一艘万吨巨轮或五列1400吨的火车运煤 。,2018/9/21,42,第四，从环境保护角度看，核电站不排放CO2 、SO2、 NOx、灰尘等有害人体健康的物质，排出的放射性废物在排放之前均处理到排放限值以下。 而100万千瓦的煤电站排出： CO2 650万吨/年、SO2 900吨/年、 NOx 4500吨/年、 灰尘 32万吨/年(其中有毒重金属400吨/年)，大多未经处理直接排入环境 。,2018/9/21,43,由快中子引起裂变链式反应的反应堆，叫做快中子反应堆（简称快堆）。,2018/9/21,44,快堆的优点： (1) 快堆可利用占天然铀 99.3% 的 铀 238，把铀资源的有效利用 率增大数十倍 。 (2) 快堆核电站是热中子堆核电站 最好的继续。快堆可利用核工 业发展堆积的大量贫铀(含 铀235很少的铀238），用 贫铀来发电，并增殖燃料。,2018/9/21,45,目前快堆的主要问题是验证其经济性。只有当快堆在经济上可以与目前的压水堆竞争时，快堆才有可能大规模进入市场。,2018/9/21,46,四、核电站安全吗？,2018/9/21,47,核技术，因在其应用中产生不稳定核素而放出电离辐射，有可能对人体健康带来危害，特别是核技术最初用于军事，原子弹爆炸的阴影长期留在人们的记忆中，切尔诺贝利事故后西方反核势力和媒体的夸大宣传，公众普遍存在恐核心理。因此，核安全受到世界范围的特殊的重视。,2018/9/21,48,为了保证核安全，取得公众的信赖，世界各国在核电站的设计、建造、运行和退役过程中，采取了一系列技术措施及管理措施，以国家法律和法规的形式颁布并严格实施。,2018/9/21,49,对于电离辐射对人体健康的危害需要科学地对待。 首先，必须将作为民用的核电站与作为军用的核武器（原子弹）严格区别开来。,2018/9/21,50,核电站 原子弹 用途 民用 军用 燃料 3 % U235 93 % U235 反应 临界，可控 超临界，不可控 利用 热能 冲击波，热辐射 放射性 封闭 外泄,2018/9/21,51,放射性辐射对人体的健康效应 （1）确定性效应：皮肤烧伤直至急性死亡。 临床经验表明，放射性辐射对人体的健康效应存在一个阈值。 只有当受照剂量大于数千毫希伏以上才会发生严重的放射性病，甚至急性死亡。,