能源与环境概论 教学课件 ppt 作者 李润东 可欣 主编第五章 核能.ppt

第五章 核能;目录;中国第一颗氢弹爆炸成功腾起的蘑菇云→;1 原子核(Nucleus)的构成;2 中子、质子、电子的质量;3 原子核的结合能：实验发现，任何原子核的质量亏损总是大于零，表明由自由核子结合成原子核时，有能量释放出来。;4 核能何来;5 重核裂变与轻核聚变; 原子核平均结合能(比结合能 )曲线;252Cf α自发裂变;5.2 核能的开发与利用; 1 裂变的机制——中子扰动克服强相互作用;2 链式反应; 裂变堆的发展历史 1938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现U原子的裂变现象，而且一个U原子裂变放出的能量（200Mev）比一个C原子氧化放出的能量（4.1ev）大5 107倍，如此巨大的能量如何利用呢？ 1942年12月，意大利物理学家费米等在美国芝加哥大学建造了世界第一座人工裂变反应堆。美国又利用U-238转化成Pu-239原子弹装料，制造了钚原子弹，又利用反应堆作动力建造了核潜艇。 20世纪40-50年代，裂变反应堆主要用于军事目的。 50年代中期，世界上大量建造研究堆，同时用以发电。 60年代中期起，许多国家大力发展核电站或核动力。;费米研制的第一座裂变堆;裂变反应堆的组成 ???? 反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能—热能转换的装置。 核反应堆是核电厂的心脏，核裂变链式反应在其中进行。 ???? 反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。 ????;堆芯中的燃料：反应堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂变材料。; ?燃料包壳：为了防止裂变产物逸出，一般燃料都需用包壳包起来，包壳材料有铝、锆合金和不锈钢等。 ???? 控制与保护系统中的控制棒和安全棒：为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，称之为控制棒和安全棒。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率；安全棒用来快速停止链式反应。吸收体材料一般是硼、碳化硼、镉、银铟镉等。 ; 冷却系统中的冷却剂：为了将裂变的热导出来，反应堆必须有冷却剂，常用的冷却剂有轻水、重水、氦和液态金属钠等。 ; 反应堆的结构形式和分类 ???? 反应堆的结构形式是千姿百态的，它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各类型结构形式的反应堆。 目前世界上有大小反应堆上千座，其分类也是多种多样。 按能谱分有：由热能中子和快速中子引起裂变的热堆和快堆； 按冷却剂分有：轻水堆，即普通水堆（又分为压水堆和沸水堆）、重水堆、气冷堆和钠冷堆。 按用途分有：（1）研究试验堆：是用来研究中子特性，利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究；（2）生产堆，主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239；（3）动力堆，利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。; 3 聚变反应——高温高压克服电磁排斥;太阳上的核聚变反应;5.2 核能的开发与利用;1原子弹与氢弹——核能的直接体验; 原子弹;又称热核聚变武器，它是利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应，产生强烈爆炸的核武器。其杀伤机理与原子弹基本相同，但威力比原子弹大几十甚至上千倍。; 2核电站—可控裂变反应——核裂变能的利用;（1）核电站工作原理 核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。 ;1 反应堆：将核能转变为热能（高温高压水）； 2 蒸汽发生器：将一回路高温高压水中的热量 传 递给二回路的水，使其变为饱和蒸汽。 3 汽轮机：将饱和蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能； 4 发电机：将汽轮机传来的机械能转变为电能。;（2）核电站反应堆类型;a 压水堆核电站;1、慢化剂和冷却剂均为普通水。 2、冷却水通过堆芯，被加热后，成为300℃、15MPa以上的高温高压水。;压水堆核电站基本工作原理;常规岛;倒U型管束;稳压器;压水堆核电站特点;b、沸水堆;常规岛;(2)、特点：;c、重水堆;(1)构成及工作过程;优点： 1、利用天然铀为燃料，提高铀资源的利用率； 2、可以实现不停堆装卸核连续换料； 缺点： 1、体积比轻水堆大，建造费用高； 2、重水昂贵，发电成本也比较高。; 核燃料：钚—239， 冷却剂：液态金属钠 不需要慢化剂。 裂变反应： 先铀-238——钚-239，后由快中子轰击钚-239发生裂变反应。;工作过程： 在“快堆”内由于核裂变反应而产生的热量，由液态金属钠带出来并进入中间热交