1. 发展核能有什么好处
“在确保安全的基础上高效发展核电”,是当前我国能源建设和核工业发展的一项重要政策。发展核电对保障能源供应与安全,保护环境,实现电力工业结构优化和可持续发展,提升我国综合经济实力、工业技术水平和国际地位,都具有十分重要的意义。
拉动经济增长作用明显
核电建设投资大、建设时间长、技术含量高、涉及产业多,对国民经济建设具有较强的拉动作用。
2011年我国核电总发电量达874亿千瓦时,占全国总发电量的 1.9%,核电生产运营产出(销售收入)约为375亿元,拉动的总产出约为832亿元,GDP约为442亿元。假设到2020年核电在运装机达到6500万千瓦,在建3500万千瓦,2020年我国核电生产运营产出约为1994亿元,拉动的总产出为4423亿元,GDP约为2351亿元。
截至2011年底,我国大陆在建核电机组26台,总装机容量2924万千瓦,在建规模世界第一。根据目前我国核电发展态势,按照建设一座200万千瓦的核电站需要294亿元投资计算(以岭澳二期为参考电站,2台100万千瓦建成价位285亿元,1/3的首炉料为9亿元,共294亿元),并假设到2020年3500万千瓦在建核电站共完成一半的投资,则平均每年需要投资建设615万千瓦,投资额为906亿元,拉动总产出增长2754亿元,GDP增长934亿元,可以使经济增速提高超过0.3个百分点。
核电发展对地方经济发展可以带来乘方效应。一座装机规模500万千瓦核电厂,总投资可达650亿元。按7800小时计算,规划装机投产后,年发电约390亿度,售电收入近200亿元,核电厂建设期每年可增加5000万左右的建安税,全部建成后每年可直接纳税30亿元。此外,核电项目还能吸引众多投资者抢摊地方房地产等市场,带动建筑行业发展,改善当地交通条件,完善城市基础设施;提高城市知名度,增加旅游收入,提升城市消费水平;核电站运行管理正式员工约3000人,站内聘用司机、保安、保洁、后勤人员约9000人(按1:3计算),厂区周围与核电站配套从业人员不下10000人;带动投资配套抽水蓄能电站等核电配套工业体系发展。
在当前背景下,在确保安全的基础上,稳步推进核电建设,每年将创造出数千亿元的国内生产总值,对于实现保持国家及地方经济平稳较快增长的目标作用显着。
拉动工业体系转型升级
核电工业是现代高科技密集型的国家战略性产业,其发展不但实现了自主创新能力大幅提升,扩大了我国在核燃料循环、核电装备、核技术应用等高新技术领域的产业规模,同时有效带动了我国高技术产业(涉及材料、机电、电子、仪表、冶金、化工、建筑)整体发展,而且先进的核科学技术可实现对传统产业的改造升级。
根据国务院发展研究中心测算, 如果按照目前我国核电发展态势,每年投资额870亿元,拉动重要相关行业的产出增长为:建筑业约272亿元,通用、专用设备制造业208亿元,金属冶炼及压延加工业181亿元,综合技术服务业163亿元,农业154亿元,化学工业154亿元,金融保险业154亿元,电气、机械及器材制造业127亿元,石油加工、炼焦及核燃料加工业108亿元。
近年来,我国在核燃料科研生产领域取得重要成就,保持了完整的核燃料工业体系:计划完成的国内铀矿地质钻探工作量指标大幅提高,矿床勘查成果显着,海外铀资源开发加快推进;多个铀转化、纯化、浓缩工程项目开工建设,核燃料产能的提升确保燃料供给安全;已基本掌握后处理动力堆乏燃料后处理的自主设计、建造、运行能力。
目前,三代核电引进消化吸收和再创新步伐加快;自主知识产权的高温气冷堆示范工程具备开工条件;自主化先进压水堆核电机组(ACP1000、ACPR1000等)设计取得重要进展;中国实验快堆实现了自主研究、自主设计、自主建造、自主运行和自主管理。此外,在快堆、先进研究堆、核军工、核技术应用、受控核聚变等领域的不断拓展,具备较高的科技研发实力。
依托核电项目,核电装备制造国产化、自主化不断推进,对于推动产业结构升级,培育和提升自主创新能力,转变工业发展方式具有重大意义。
“十一五”期间,通过将核电设备制造和关键技术纳入国家重大装备国产化规划,核电装备制造业加大技术改造升级和投入力度,在核电关键设备的制造方面取得突破,在建二代改进型机组平均国产化率68%。而且国内已具备较强的关键设备生产能力,核电设备成套供应能力得到了较快提升,初步形成了年供8套左右百万千瓦级压水堆核电主要设备能力。预计通过完善自身的制造装备能力,积累制造工艺经验,加强技术攻关,“十二五”末期我国能够形成稳定的三代核电设备成套供应能力,设备自主化目标基本可以实现。
此外,核电涉及工业领域的技术发展基本代表了冶金、材料、机械、电子仪器等众多行业最复杂、最前沿技术,对开发设计、冶炼、铸造、热处理、精密制造等生产工艺有极高要求,由此带动了这些行业的技术升级。
强大国防保持核威慑力
发展核电是保持和提高我国核工业实力,稳定和壮大核科学技术人才队伍的重要依托,也是建设我国强大国防、进一步提升核大国地位、和平建设现代化强国的重要途径,是推进现代化建设、走强国之路、提升综合国力的重要战略举措。
核科学技术具有典型的军民两用特性。核动力既是民用能源开发利用的重要组成部分,又可用于军用核动力舰船;核燃料循环技术既可为民用反应堆提供燃料,又可为核武器提供装料。先进的核动力、核燃料、核安全与辐射防护技术、核监测和控制,以及高端装备制造、特种材料等技术均可用于军用核动力舰船、空间飞行器核电源、核战略战术武器装备的研制和生产。核电产业是国家核能力的重要组成部分,核电厂的设计、制造、建设和运营关键技术往往比军用堆难度更大,要求更高。通过大力发展核电产业,可以促进核技术的大力提升,充实和提高国防安全保障能力。
目前,发展民用核电依然是世界核大国保持核威慑能力的重要考虑因素。自上世纪50年代美国、前苏联等大国除了在积极发展舰船核动力、空间激光武器核电源、军用车载移动式核电源、鱼雷及火箭核动力推进装置等新概念军用核动力的同时,大力发展民用核电作为保持核威慑的重要手段。眼下,俄罗斯依然制定了较大规模的核电建设规划。奥巴马政府上台之后美国的核电政策也更加明朗、积极。
“走出去”提升国际竞争力
党的十七届五中全会提出了“加强现代能源产业建设”的要求,“在确保安全的基础上高效发展核电”,要求积极转变发展方式,实现我国核电事业又好又快安全发展,加快科技进步和创新,打造具有自主知识产权的核电品牌,尽快形成后来居上的强劲竞争力,走出国门,在世界核电技术制高点和市场占据一席之地,实现由核电大国向核电强国的转变。
首先,核电技术和产品的输出对提升我国在世界经济市场中的竞争力将发挥独特作用。通过帮助希望发展核电的国家建立必要的基础结构提供支持,包括建立法律和监管框架、开展培训、帮助其培养本国的核能人才、帮助其了解各种核技术、促进和支持新核电站融资等方式,或将核电项目出口作为经济援助一种重要方式,满足这些国家的能源和经济发展需求,获取所在国民众的认可和政府的信任,提升我国在这些国家的影响力和加强利益交融的合作纽带。
其次,通过海外核电市场开拓,可以在更广阔的空间进行产业结构调整和资源优化配置。凭借高端、密集的核电技术、产品及服务,真正进入世界产业格局中的高附加值环节,提升我国在国际产业分工中角色地位,分享更多的经济全球化的利益。
第三、核电项目耗资巨大,开发海外核电市场将大幅带动我国对外直接投资、融资和出口,而投资、出口是我国经济增长的两大重要引擎。同时,核电“走出去”项目作为大型对外投资项目,将进一步平衡我国国际资本盈余。
最后,核电出口有利于培育一批具有国际竞争力的大型跨国企业,并提升中国核电产业链条的技术水平。我国有实力的核电相关企业可以利用跨国公司产业结构调整的机会,以自己的相对优势,开发自主品牌,参与海外核电市场开发与项目建设,在竞争与合作的过程中学习提高自身在研发、设计、制造、建设等各环节的技术能力与水平。
2. 锂在核工业中有什么作用
生产与加工:
使核武器比常规武器有更大的杀伤力和破坏力...(如天然铀、浓缩铀和钍燃料等)及氘、氚、锂-6热核材料的生产与加工
3. 核电的好处与坏处
核电的好处:
1、核电不像化石燃料发电排放巨量的污染物质到大气中,不会造成空气污染。
2、核电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
3、核电所使用的铀燃料,除了发电外没有其他用途。
4、核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便。
5、核电的成本中,燃料费用占的比例较低,发电成本较其他发电方法为稳定。
核电的坏处:
1、核废料:到现在为止,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。2、热污染:受制于常规岛内的用于发电的现有蒸汽汽轮机热效率较低,因而其比一般化石燃料电厂会排放更多废热到周围环境中,故核能电厂的热污染较严重。
核电:世界上一切物质都是由原子构成的,原子又是由原子核和它周围的电子构成的。氢原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,简称核能或核电。核电技术发展: 自1951年12月美国实验增殖堆1号(EBR-1)首次利用核能发电以来,世界核电至今已有60多年的发展历史。
参考资料:核电网络
4. 原子弹的研制成功对中国的工业发展有什么好处吗
这是在问原子弹研制所产生的效用,没错吧?对此……必须说原子弹的研发、制造是核工业的核心技术与基础性技术?须知核聚变在现阶段其实是以核裂变为启动基础的(目前只有核裂变能够产生核聚变所需的高温),而和平利用核能的前提其实也是掌握核武器技术?原理就是通过核试验掌握核裂变的基本原理,然后尝试通过一定方式使这种不可控的反应变成可控的物理作用(通常做法就是利用重水降低核反应速度)……另外,研制核武器还需要相关配套的一系列“工艺”,例如武器研制上的核材料的提纯、核武器保养……这实际上都可以转为民用的说(应该说已有回答已经点到了太多内容,此时回答问题简直是来凑热闹)!基本情况就是这样吧!同意请点赞?
5. 中俄核能项目正式开工,这会给两国带来哪些好处
中俄核能项目正式开工,我认为这对于两国的发展都能带来很多好处。
核技术共同进步。
因为中国和俄罗斯在核工业方面都有各自擅长的地方,而且各自的技术都已经达到世界先进行列。所以两个国家能够进行合作,不仅可以有效的开展技术交流,而且也能让自己的技术取长补短,因此双方的这个项目对于两个国家的核技术来讲,都能有很好的促进作用。所以对于国家核技术的研发以及推动,具有深远影响。
总结:随着现代社会不断的发展,核技术的重要性不言而喻。中国和俄罗斯作为世界上为数不多掌握核技术的国家,必须要加强在这方面的技术培育以及技术发展,这样才能让国家落于不败之地,让国家地位在国际社会上有话语权。
6. 核能在人类生存中有哪些重要作用
核动力
维基网络,自由的网络全书
本文介绍的是核反应获得的能量 (Nuclear power)。关于原子核释放的能量 (Nuclear energy),详见“核能”。
汉汉▼
核能发电的燃料产业链
这是一座位于法国的核能发电厂。水蒸气正在从双曲面形状的冷却塔排出。核反应堆位于圆桶状的安全壳建筑物内
核动力(英语:Nuclear power,也称原子能)是利用可控核反应来获取能量,从而得到动力、热量和电能。产生核电的工厂被称作核电站,将核能转化为电能的装置包括反应堆和汽轮发电机组。核能在反应堆中被转化为热能,热能将水变为蒸汽推动汽轮发电机组发电。
因为核辐射问题和现在人类还只能控制核裂变,所以核能尚未得到所有国家、民众的认可,在大部分的国家暂时未有大规模的利用。利用核反应来获取能量的原理是:当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时,核能就会以热的形式被释放出来,这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力,也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的某些潜艇及航空母舰以核能为动力(主要是美国)。同时,核能每年提供人类获得的所有能量中的15.7%。[1]
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1 应用
2 历史
2.1 起源
2.2 早期
2.3 发展
3 反应堆的种类
3.1 当今的技术
3.2 工作原理
3.3 试验技术
4 核燃料的循环
4.1 核燃料的来源
4.2 固体废料
4.3 再处理
5 经济
5.1 建造所需资金
5.2 补贴
5.3 其它
6 对核能的担心
6.1 事故或袭击
6.2 对人类健康的影响
6.3 核武器扩散
7 环境影响
7.1 空气污染
7.2 废热
8 原子能机构团体名单
9 脚注
10 参考资料
11 参见
[编辑]应用
法国核电发电比例极高,图为法国核电厂位置。
美国核电位置
美国每年产生的核能居全世界首位,美国人消耗的电能中有20%来自于核能。如果按核能占总电能的百分比来看,法国则为全球第一。2006年的调查显示,核能满足了78%的法国电能需求。[2][3] 欧盟需要的30%的电能来自核反应。[4]各国的核能政策均各有不同。
核能是一种储量充足并被广泛应用的能量来源,而且如果用它取代化石燃料来发电的话,温室效应也会减轻。国际间正在进行对于改善核能安全性的研究,科学家们同时还在研究可控核聚变和核能的更多用途,比如说制氢(氢能也是一种被广泛提倡的清洁能源),海水淡化和大面积供热。1979年的三哩岛核泄漏事故和1986年的切尔诺贝利核事故使美国放缓了建造核能发电厂的步伐。后来,核能在经济与环境两方面的益处使联邦政府又开始重新考虑它。公众也对核能很感兴趣,不断飙升的油价,核能发电厂安全性的提高和符合京都议定书规定的低温室气体排放量使一些有影响的环境保护论者开始注意核能。有一些核反应堆已处于建造当中,几种新型核反应堆也在计划之中。
关于核能的利用一直存在着争议,因为那些放射性核废料会被无限期保存起来,这就有可能造成泄漏或爆炸,有些国家可能借应用核能的名义来大量制造核武器。核能的拥护者说这些风险都是很小的,并且应用了更先进的科技的新型核反应堆会将风险进一步降低。他们还指出,与其它化石燃料发电厂相比,核能发电厂的安全记录反而更好,核能产生的放射性废料比燃烧煤产生的还少,并且核能可以持续获得。而核能的反对者,包括了大部分主要的环境保护组织,认为核能是一种不经济,不合理且危险的能源(尤其是与可再生能源相比),而且他们对新技术能否减低成本和风险也存在着争议。有些人担心朝鲜及伊朗可能正在以民用核能的名义研制核武器。朝鲜已经承认拥有核武器,而伊朗则对此否认。
[编辑]历史
[编辑]起源
第一个成功的核裂变实验装置在1938年的柏林被德国科学家奥托·哈恩,莉泽·迈特纳和弗瑞兹·斯特拉斯曼制成。
在第二次世界大战中,一些国家致力于研究核能的利用,它们首先研究的是核反应堆。1942年12月2日,恩里科·费米在芝加哥大学建成了第一个完全自主的链式核反应堆,在他的研究基础上建立的反应堆被用来制造轰炸了长崎的原子弹“胖子”中的钚。在这个时候,一些国家也在研究核能,它们的研究重点是核武器,但同时也进行民用核能的研究。
1951年12月20日人类首次用核反应堆产生出了电能,这个核反应堆位于爱达荷州Arco的EBR-I试验增殖反应堆,它最初向外输出的功率为100 kW。
1952年,帕雷委员会(“总统的材料政策委员会”的简称)向当时的美国总统哈利·S·杜鲁门提交了一份报告,这份报告认为核能的前景“相当悲观”,它建议应该让科学家们研究太阳能。[5]
1953年12月,美国总统德怀特·艾森豪威尔发表的名为“和平需要原子”的演说,这使美国政府开始资助一系列国际间的核能研究。
[编辑]早期
这是位于宾夕法尼亚州码头市的“码头市核电站”,它是美国第一个投入商业运营的核反应堆,于1957年开始工作。
1954年6月27日,世界上第一个为电网提供电力的核电站在苏联的欧伯宁斯克开始运行。[6] 这个反应堆使用了石墨来控制核反应并用水来冷却,功率为5兆瓦。全世界第一个投入商业运营的核反应堆是位于英格兰设菲尔德的Calder Hall,它于1956年开始运行。它有一个Magnox型反应堆,最初的输出功率为 50兆瓦,后来提高到了200兆瓦。[7] 宾夕法尼亚州码头市的一个压水型反应堆是美国第一个投入商业运营的反应堆。
1954年,美国原子能委员会(美国核管理委员会的前身)的主席说,人们谈到核能时经常会提到,如果广泛应用核能,电力在将来会变得很便宜,实际上这是错误的。但是人们的这种想法已经让美国决定在2000年之前建造1000个核反应堆。[8]
在1955年联合国的“第一次日内瓦会议”中,世界上聚集了最多的科学家来一起探索核能这个新领域。1957年,欧洲原子能共同体(EURATOM)与欧洲经济共同体(即现在的欧盟)一同成立。同年成立的还有国际原子能机构(IAEA)。
[编辑]发展
核反应堆的功率提升迅速,从1960年代的不到1GW(吉瓦,GigaWatt)猛长至1970年代的100GW,1980年代又升到了300GW。1980年以后,核反应堆的功率的提升变得不那么迅速了,到2005年,功率只上升到了366GW,大部分来自于中国的核能建设。[9]
这是华盛顿公共供电系统,其中的3号和5号核电站在未完工时便遭废弃。
在1970年代和1980年代之间,建造核电站所需的巨额费用(来自政府要求的提高和一些反对者的诉讼所要求的经常性改进)和下降中的化石燃料价格使建造当中的核电站变得不那么吸引人。
在20世纪后半叶,一些反对核能的运动开始兴起,它们担心的是核事故和核辐射,还反对生产,运输和储藏核废料。1979年的三哩岛核泄漏事故和1986年的切尔诺贝利核事故成为了许多国家停止建造新核电站的关键理由。澳大利亚于1978年,瑞典于1980年,意大利于1987年都对建造核电站的问题发动了全民公投,同时爱尔兰的核能反对者成功地阻止了在该处核能计划的实施。但布鲁金斯学会表示,美国政府没有批准新核电站的建造主要是由于经济原因,而非安全问题。[10]
[编辑]反应堆的种类
[编辑]当今的技术
核裂变发电机组
现今正在运营的核反应堆可依裂变的方式区分为两大类,各类中又可依控制裂变的手段区分为数个子类别:
核裂变反应堆通过受控制的核裂变来获取核能,所获核能以热量为形式从核燃料中释出。
现行核电站所用的全为核裂变反应堆,这也是本段的主述内容。核裂变反应堆的输出功率为可调。核裂变反应堆也可依世代分类,比如说第一、第二和第三代核反应堆。现在的标准核反应堆都为压水式核反应堆(PWR)。
快中子式核反应堆和热中子式核反应堆的区别会在稍后讲到。总体来说,快中子式反应堆产生的核废料较少,其核废料的半衰期也大大短于其它型式反应堆所产生的核废料,但这种反应堆很难建造,运营成本也高。快中子式反应堆也可以当作增殖型核反应堆,而热中子式核反应堆一般不能为此。
A. 压水反应堆 (PWR)
压水反应堆内炉
这种反应堆完全以高压水来冷却并使中子减速(即使在温度极高时也是这样)。大部分正在运行的反应堆都属于这一类。尽管在三哩岛出事的反应堆就是这一种,一般仍认为这类反应堆最为安全可靠。这是一种热中子式核反应堆。中国大陆秦山核电站一期工程、大亚湾核电站和台湾核三厂的反应堆为此型。
B. 沸水反应堆 (BWR)
这些反应堆也以轻水作为冷却剂和减速剂,但水压较前一种稍低。正因如此,在这种反应堆内部,水是可以沸腾的,所以这种反应堆的热效率较高,结构也更简单,而且可能更安全。其缺点为,沸水会升高水压,因此这些带有放射性的水可能突然泄漏出来,。这种反应堆也占了现在运行的反应堆的一大部分。这是一种热中子式核反应堆。台湾核一厂和核二厂两座发电厂的反应堆为此型。
C. 压重水式核反应堆 (PHWR)
这是由加拿大设计出来的一种反应堆,(也叫做CANDU),这种反应堆使用高压重水来进行冷却和减速。这种反应堆的核燃料不是装在单一压力舱中,而是装在几百个压力管道中。这种反应堆使用天然铀为核燃料,是一种热中子式核反应堆。这种反应堆可以在输出功率开到最大时添加核燃料,因此能高效利用核燃料(因为可作精确控制),并节省浓缩铀的成本;只是重水很贵。大部分压重水式反应堆都位于加拿大,有一些出售到阿根廷、中国、印度(未加入防止核武器扩散条约)、巴基斯坦(未加入防止核武器扩散条约)、罗马尼亚和南韩。印度也在它的第一次核试爆后运行了一些压重水式核反应堆(一般被称为“CANDU的变种”)。中国大陆秦山核电站三期工程的反应堆为此型。
D.石墨轻水型核反应堆(RBMK)
石墨轻水型核反应堆
这是一种苏联的设计,它在输出电力的同时还产生钚。这种反应堆用水来冷却并用石墨来减速。RBMK型与压重水型在某些方面具有相同之处,即可以在运行中补充核燃料,并且使用的都是压力管。但是与压重水型不同的是,这种反应堆不稳定,并且体积太大,无法装置在外罩安全壳的建筑物里,这点很危险。RBMK型还有一些很重大的安全缺陷,尽管其中一些在切尔诺贝利核事故后被改正了。一般认为RBMK型是最危险的核反应堆型号之一。切尔诺贝利核电站拥有四台RBMK型反应堆。
E. 气冷式反应堆 (GCR) 和 高级气冷式反应堆 (AGCR)
这种反应堆使用石墨作为减速剂,并用二氧化碳作为冷却剂。其工作温度较压水式反应堆更高,因此热效率也更高。一部分正在运行的反应堆属于这一类,大部分位于英国。老式的核电站(也就是Magnox式)已经或即将关闭。但高级气冷式核反应堆还会继续运行10至20年。这是一种热中子式核反应堆。关闭这种核电站的费用很高,因其反应炉核心很大。
F. 液态金属式快速增殖核反应堆 (LMFBR)
这种反应堆使用液态金属作为冷却剂,而完全不用减速剂,并且在发电的同时生产出比消耗量更多的核燃料。这种反应堆在效率上很接近压水式反应堆,而且工作压力不需太高,因为液态金属即使在极高温下也不需加压。法国的超级凤凰核电站和美国的费米-I核电站用的都是这种反应堆。1995年,日本的“文殊”核电站发生液态钠泄漏,预计将会在2008年重新开始运行。这三个核电站都用到了液态钠。这是一种快速中子式反应堆而不是热中子式反应堆。液态金属式反应堆分为两种:
液态铅式反应堆
这种反应堆使用液态铅来作为冷却剂,铅不但是隔绝辐射的绝佳材料,还能承受很高的工作温度。还有,铅几乎不吸收中子,所以在冷却过程中损失的中子较少,冷却剂也不会变成带放射性。与钠不同的是,铅是惰性元素,所以发生事故的几率也较小,但是,应用如此大量的铅就不得不考虑毒性问题,而且清理起来也很麻烦。这种反应堆经常用的是铅铋共熔合金。在这种情况下,铋会产生一些小的放射性问题,因为它会吸收少量中子,而且也比铅更容易变得带放射性。
液态钠式反应堆
大部分液态金属式反应堆都属于这一种。钠很容易获得,而且还能防止腐蚀。但是,钠遇水即剧烈爆炸,所以使用时一定要小心。虽然这样,处理钠爆炸并不比处理压水式核反应堆中超高温轻水的泄漏麻烦到哪里去。
放射性同位素温差发电机通过被动的衰变来获取热量。
一些放射性同位素温差发电机被用来驱动太空探测器(比如卡西尼-惠更斯号),苏联的一些灯塔,和某些心脏起搏器。这种发电机产生的热会随着时间逐渐减少,其热能通过温差电效应转换成电能。
[编辑]工作原理
一般核电站的关键部分是:
核燃料
反应炉燃料棒
中子减速剂
冷却剂
控制棒
反应炉压力槽
反应炉中心紧急冷却系统
反应堆保护系统
蒸汽发生器(沸水式反应堆中没有这个)
安全壳建筑
水泵
涡轮机
发电机
冷凝器
一般的热电厂都有燃料供应来产生热,比如说天然气,煤或石油。对于核电厂来说,它需要的热来自于核反应堆中的核裂变。当一个相当大的可裂变原子核(一般为铀-235或钚-239)被一个中子轰击时,它便分裂为两个或更多个部分,同时释放出能量和中子,这个过程就叫做核裂变。原子核释放出的中子会继续轰击其它原子核。当这个链式反应被控制的时候,它释放出的能量便可用来烧水,产生出的水蒸气会驱动涡轮机,从而产生电能。需要记住的是,核爆炸中发生的是“不受控制的”链式反应,而核反应堆中的裂变速度无法达到核爆炸所需要的速度,这是因为商业用核燃料的浓度还不够高。(参看浓缩铀)
链式反应被一些能够吸收或减慢中子的材料控制着。在以铀为核燃料的反应堆当中,中子需要被减慢速度,因为当慢速中子轰击铀-235原子核时是更容易发生裂变的。轻水反应堆使用普通水来减慢中子并进行冷却。当水的温度升高到一定程度时,它便达到了工作温度,此时它的密度会降低,因此没被它吸收的少量中子会被减得足够慢,然后去引发新的裂变。负反馈将裂变速度保持在一定水平。
[编辑]试验技术
一些产生核能的其他设计,比如说德国第IV号反应堆,是一些正在进行的研究项目的对象。它们在将来可能会投入实际应用。一些改进后的核反应堆使反应炉变得更干净,更安全和/或降低了散布核武器的风险。
超临界水冷式反应器 (SCWR)
超临界水冷式反应器将比气冷式反应堆更高的效率与压水式反应堆的安全性结合到了一起,它在技术上遇到的挑战可能比二者都大。在这种反应器中,水会被加热到临界点。超临界水冷式反应器与沸水式反应堆相似,但是超临界水冷式反应器中的水不会沸腾,因此它的热效率也就比沸水式反应堆高。这是一种超热中子反应堆。
整合式快中子反应堆
1980年代科学家建造,测试并评估了一个整合式快中子反应堆,后在1990年代由于克林顿政府的要求而被弃置,这是因为克林顿政府的政策是防止核武器扩散。这种反应堆会将用过的核燃料回收,因此它只产生一点核废料。本段结尾的链接是对于爱达荷州阿贡国家实验室的前总管Charles Till博士的采访,他介绍了整合式快中子反应堆并解释了它在安全性,效率,核废料和其它几个方面上的的优点。[11]
球床反应堆 —这种反应堆使用陶瓷球来包装住核燃料,所以它比较安全。绝大多数的这种反应堆使用氦作为冷却气体,氦不会爆炸,不会很容易地吸收中子而变得有放射性,也不会溶解能变得有放射性的物质。典型的设计拥有比轻水式反应堆的安全壳层数(一般为3层)更多层的安全壳(一般为7层)。一个它独有的特点是,它的燃料球实际上组成了反应炉的核心,而且可以一个一个地更换,因此这种反应堆更安全。核燃料的这种设计使重新处理它们变得很贵。
SSTAR 小型(Small)密封(Sealed)可运输式(Transportable)自主(Autonomous)反应堆(Reactor)在美国是首要研究项目之一,它是一种相当安全的增殖反应堆。
次临界反应堆的设计更安全,但是在建造技术和经济上还有一定困难。
钍反应堆
在特殊的反应堆中,钍-232可以转变为铀-233。在这种情况下,比铀的储量更丰富的钍就可以用来制造铀-233。铀-233相对于铀-235来说有一些优点,它产生的中子更多,并且产生更少的长半衰期超铀元素核废料。
高级重水反应堆 —下一代的压重水式核反应堆,使用重水来作为减速剂。印度的巴巴原子研究中心 (BARC)正在对此进行研究。
KAMINI —一种独特的反应堆,它使用铀-233来作为核燃料。由巴巴原子研究中心和甘地原子研究中心建造。
印度正在建造一台更大的快速增殖钍反应器,为的是利用钍来获取核能并控制它。
受人为控制的核聚变在理论上也可以提供核能,并且操纵过程也不像锕系元素那么麻烦,但是在技术上还有许多难题等待解决。科学家已经建造了几个核聚变反应堆,但是到目前为止,还没有一个反应堆输出的能量比输入的能量多。尽管科学家从1950年代就开始研究可控核聚变,但是一般认为2050年以前不会有商业性的核聚变反应堆投入应用。现在领导着可控核聚变研究的是ITER。
[编辑]核燃料的循环
主条目:核燃料循环
核燃料循环从铀的开采,提纯至被制成核燃料开始,(1)核燃料被送到核电站。在被使用完后,剩余的燃料被送到再处理工厂(2)或直接送到填埋场(3)。在再处理过程中,95%的剩余核燃料能够再被核电站利用。(4)
核燃料—一种紧密,不活泼,不能溶解的固体
核反应堆只是核燃料循环中的一部分。整个循环从核燃料的开采开始。一般来说,铀矿不是露天开采的条带矿,就是原地开采的过滤型矿。在任意一种情况下,铀矿石都会被提取出来,并被转为稳定且紧密的形式(例如黄铀饼),然后被送到处理工厂。在这里,黄铀饼会被转化为六氟化铀,之后会被提纯。在这时,包含了0.7%以上铀-235的提纯铀会被加工成各种形状大小的燃料棒。被送到核电站后,这些燃料棒会在反应堆中待上大约3年,在这3年中,它们会消耗自身包含的铀的3%,在这之后,它们会被送到乏燃料水池,在这里,核裂变中产生的一些半衰期短的同位素会衰变掉。在这里呆上大约5年后,这些核燃料的放射性会降低到安全范围之内,之后就会被装进干的储藏容器永久储藏,或被送到再处理工厂进行再处理。
[编辑]核燃料的来源
主条目:铀市场
铀是一种常见的化学元素,陆地上和海洋中的每个地方都存在着铀。它就跟锡一样常见,储量比金高500倍。大部分种类的岩石和土壤都包含着铀,尽管浓度极低。现在,比较经济的铀储藏地的铀浓度至少为0.1%。以现在的花费速度来算,地球上可被提取的铀还可用50年。在这种情况下,将铀的价格提高一倍会将核电站的运行成本提高5%。但是,如果将天然气的价格提高一倍,那么天然气的供应成本会提高60%。将煤的价格提高一倍会将煤的供应成本提高30%。
铀的提纯会产生出许多吨贫铀 (DU),它包含了铀-238和大多数铀-235。铀-238有几种商业上的应用,比如说飞机制造,辐射防护,制造子弹和装甲,因为它具有比铅更高的的密度。一些证据显示过度接触铀-238的人会得疾病,这些人包括坦克乘员和在有大量贫铀存在的地区居住的居民。
现在的轻水反应堆远远没有能充分利用核燃料,这造成了浪费。更有效的反应堆或再处理技术将会减少核废料的数量,并且能更好地利用资源。[12]
与现在使用铀-235(占天然铀的0.7%)的轻水反应堆不同的是,快速增殖反应堆使用的是铀-238(占天然铀的99.3%)。铀-238估计可供核电站使用50亿年。[13]增殖技术已经被应用在了几个反应堆中。[14]至2005年12月,唯一正在向外界提供能量的增殖反应堆是位于俄罗斯别洛雅尔斯克的BN-600。(BN-600的输出功率为600兆瓦,俄罗斯还计划在别洛雅尔斯克核电站建造另一个反应堆,BN-800)还有,日本的“文殊”反应堆也在准备重新起用(它从1995年起就被关闭了),中国和印度也在计划建造增殖反应堆。
由钍转化而得的铀-233也可以用做核裂变燃料。地球上钍的储量为铀的储量的三倍,而且理论上所有这些钍都可被用来进行增殖,这使钍的潜在市场大于铀的市场。[15]与用铀-238来制造钚不同的是,用钍来制造铀-233不需要快速增殖反应堆,它在常规增殖反应堆中的表现已经很令人满意了。
计划中的核聚变反应堆使用的核燃料是氘,一种氢的同位素,现在的设计也会用到锂。以现在人类消耗能量的速度来看,地球上可开采的锂还可以用3000年,海洋中的锂可用6000万年,如果核聚变反应堆只消耗氘的话,它们可以工作1500亿年。[16]相比之下,太阳只剩下了50亿年的寿命。 而地球的碳水化合物生物寿命,只剩下不到20亿年了。
[编辑]固体废料
现在的核电站产生的废料太多。一台大型核反应堆每年会产生3立方米(25-30吨)的核废料。[17]这些核废料中主要包含没有发生裂变的铀和大量锕系元素中的超铀元素(大部分是钚和锔)。3%的核废料是裂变产物。核废料中的长半衰期成分为锕系元素(铀,钚和锔),短半衰期成分为裂变产物。
核废料具有强放射性,并且需要特别小心地控制。刚从核反应堆出来的核废料可在不到一分钟的时间内使人致死。但是,核废料的放射性会随着时间减少。40年后,它的放射性与刚从反应堆出来时相比,已经减少了99.9%,尽管如此它的放射性还是很危险。[12]
核废料的储藏和处理是一个巨大的挑战。由于核废料具有放射性,它必须存放在具有辐射防护的水池中(乏燃料池),在这之后它一般会被送到干燥的地窖或防辐射的干燥容器中进行储藏,直到它的辐射量降低到可以进行进一步处理的程度。由于核燃料种类的不同,这个过程通常要持续几年到几十年的时间。美国大多数的核废料现在都在短期的储藏地点,人们正在讨论建造永久储藏地点。美国犹加山的地下储藏室被提议成为永久的储藏地点。
核废料的数量可以通过几种方法来减少,其中核燃料再处理效果最为显着。即使这样,剩余的核废料如果不包含锕系元素,还会持续300年保持强放射性,如果包含锕系元素,则会持续几千年保持强放射性。即使将核废料中的锕系元素全部除去,并使用快速增殖反应堆通过嬗变将一些半衰期长的非锕系元素也除去,核废料还是要在一百至几百年内与外界隔绝,所以这是个长期的问题。次临界反应堆和核聚变反应堆也可以减少核废料需要被储藏的时间。[18]由于科技在飞速地发展,处理核废料的最好方法是否为地下填埋已经出现了争议。现在的核废料在将来可能就是一种有用的资源。
核工业上使用的受污染的工作服,工具,净水树脂和一些正要关闭的核电站本身也都在产生一些低放射性的废料。在美国,美国核管理委员会已经几次尝试着允许低放射性废料被当作普通废物一样处理,比如进行填埋,回收等等。许多低放射性废料的辐射量非常小,它们只因为自己的使用历史而被当作了放射性废物。举例来说,根据美国核管理委员会的标准,咖啡也可以被视作低放射性废料。
在应用了核能的国家中,整个工业产生的有毒废料中只有不到1%是放射性废料,但是它们是极其有害的,除非经过衰变后,它们的辐射量变得更低,或者更理想的是,辐射完全消失。[12]总体来说,核能工业产生的废料比化石燃料工业产生的废料要少很多。燃烧煤的工厂产生的有毒和放射性的废料尤其多,因为煤中的有害的和放射性的物质在这里被集中起来了。
[编辑]再处理
再处理可以回收用过的核燃料中95%的铀和钚,并将它们转化为新的混合氧化物燃料。这也同时减少了核废料的长期放射性,因为经过再处理后,剩余核废料中主要就是半衰期短的裂变产物,并且它的体积也减少了90%。民用核燃料产生的废料的回收已经在英国,法国和(以前)俄罗斯大规模应用,中国也即将应用这项技术,印度也可能应用,日本应用此项技术的规模也在扩展中。伊朗已经宣布成功进行了核废料的再处理,这就完善了它的核燃料循环,但是同时也招致了美国和国际原子能机构的批评。[19]与其它国家不同的是,美国在一段时间前是禁止核废料再处理的;尽管这个政策已经被废除,但是现在美国大部分使用后的核燃料都仍然在被当作废料处理。[20]
7. 什么是核能核能的用途
中文名称:核能 英文名称:nuclear energy 其他名称:原子能 定义1:由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。 所属学科:电力(一级学科);核电(二级学科) 定义2:核反应或核跃迁时释放的能量。例如重核裂变、轻核聚变时释放的巨大能量。 所属学科:资源科技(一级学科);能源资源学(二级学科) 核能是可持续发展的能源 据估计,在世界上核裂变的主要燃料铀和钍的储量分别约为490万吨和275万吨。这些裂变燃料足可以用到聚变能时代。轻核聚变的燃料是氘和锂,1升海水能提取30毫克氘,在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量,即"1升海水约等于300升汽油",地球上海水中有40多万亿吨氘,足够人类使用百亿年。地球上的锂储量有2000多亿吨,锂可用来制造氚,足够人类在聚变能时代使用。况且以目前世界能源消费的水平来计算,地球上能够用于核聚变的氘和氚的数量,可供人类使用上千亿年。因此,有关能源专家认为,如果解决了核聚变技术,那么人类将能从根本上解决能源问题。 1. 核工业的主要业务范围 核工业的主要业务范围包括:铀矿勘探、铀矿开采与铀的提取、燃料元件制造、铀同位素分离、反应堆发电、乏燃料后处理、同位素应用以及与核工业相关的建筑安装、仪器仪表、设备制造与加工、安全防护及环境保护。 2. 核燃料循环及其组成 核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理、回收利用的全过程。它是核工业体系中的重要组成部分。核燃料循环通常分为前端和后端两部分,前端包括铀矿勘探、铀矿开采、矿石加工(包括选矿、浸出、提取和沉淀等工序)、精制、转化、浓缩、元件制造等;后端包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理以及对放射性废物进行处理、贮存和处置。 3. 铀矿地质勘探 铀是核工业最基本的原料。铀矿地质勘探的目的是查明和研究铀矿床形成的地质条件,总结出铀矿床在时间上和空间上的分布规律,并用此规律指导普查勘探,探明地下的铀矿资源。普查勘探工作的程序为区域地质调查、普查和详查、揭露评价、勘探等,同时还要求工作人员进行地形测量、地质填图、原始资料编录等-系列的基础地质工作。 分散在地壳中的铀元素在各种地质作用下不断集中,最终形成了铀矿物的堆积物,即铀矿床。了解铀矿床的形成过程,对铀矿普查勘探具有十分重要的指导意义。并不是所有的铀矿床都有开采、进行工业利用价值的。据统计,在已发现的170多种铀矿床及含铀矿物中,具有实际开采价值只有14~18%。影响铀矿床工业的两个主要因素是矿石品位和矿床储量。此外,评价的因素还有矿石技术加工性能、矿床开采条件,有用元素综合利用的可能性和交通运输条件等。 4. 铀矿开采 生产铀的第一步是铀矿开采。其任务是从地下矿床中开采出工业品位的铀矿石,或将铀经化学溶浸,生产出液体铀化合物。由于铀矿有放射性,所以铀矿开采其特殊方法。常用的主要有三种:露天开采、地下开采和原地浸出。 露天开采一般用于埋藏较浅的矿体,方法剥离表土和覆盖岩石,使矿石出露,然后进行采矿。 地下开采一般用于埋藏较深的矿体,此种方法的工艺过程比较复杂。与以上两种法方法相比,原地浸出采铀具有生产成本低,劳动强度小等优点,但其应用有一定的局限性,仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床 。其方法是通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带,通过化学反应选择性地溶解矿石中的有用成分--铀,并将浸出液提取出地表,而不使矿石绕围岩产生位移。 核能发电机5. 铀矿石的加工 铀矿石加工的目的是将开采出来的具有工业品位或经放射性选矿的矿加工富集,使其成为含铀较高的中间产品,即通常所说的铀化学浓缩物。将此种铀化学浓缩物精制,进一步加工成易于氢氟化的铀氧化物作为下一步工序的原料。 铀矿石加工的主要步骤包括:矿石品位、磨矿、矿石浸出,母液分离、溶液纯化、沉淀等工序。 为了便于浸出,矿石被开采出来后,必须将其破碎磨细,使铀矿物充分暴露。然后采用一定的工艺,借助一些化学试剂(即浸出剂)或其它手段将矿石中有价值的组分选择性地溶解出来。浸出方法有两种:酸法和碱法。由于浸出液中铀含量低,而且杂质种类多,含量高,所以必须将杂质去除才能确保铀的纯度。实现这一过程,可以选择以下两种方法:离子交换法(又称吸附法)和溶剂萃取法。水冶生产的最后一道工序是将沉淀物洗涤、压滤、干燥,然后得到水冶产品铀化学浓缩物,又称黄饼。 6. 铀的浓缩 为了提高铀-235浓度所进行的铀同位素的分离处理称为浓缩。通过浓缩可以为某些反应堆提供铀-235浓度符合要求的铀燃料,现今所采用的浓缩方法有气体扩散法、分离法、激光法、喷嘴法、电磁分离法、化学分离法等,其中气体扩散法和离心分离法是现代工业上普遍采用的浓缩方法。浓缩处理是以六氟化铀形式进行的。 7. 核燃料元件 经过提纯或浓缩的铀,还不能直接用作核燃料。必须经过化学,物理、机械加工等处理后,制成各种不同形状和品质的元件,才能供反应堆作为燃料来使用。 核燃料元件种类繁多,按组分特征来分,可分为金属型、陶瓷型和弥散型;按几何形状来分,有柱状、棒状、环状、板状、条状、球状、棱柱状元件;按反应堆来分,可以分为试验堆元件,生产堆元件,动力堆元件(包括核电站用的核燃料组件)。 核燃料元件一般都是由芯体和包壳组成的。由于它长期在强辐射、高温、高流速甚至高压的环境下工作,所以对芯片的综合性能、包壳材料的结构和使用寿命都有很高的要求。可见,核燃料元件制造是一种高科技含量的技术。 8. 乏燃料的后处理 经过辐照的燃料元件,从堆内卸出时总是含有一定量未分裂和新生的裂变燃料。乏燃料的后处理的目的就是回收这些裂变燃料如铀-235,铀-233和钚,利用它们再制造新的燃料元件或用做核武器装料。此外,回收转换原料(铀-238,铯-137,锶-90),提取处理所生成的超铀元素以及可用作射线源的某些放射性裂变产物(如铯-137,锶-90等),都有很大的科学和经济价值。但此项工序放射性强,毒性大,容易发生临界事故,所以,在进行乏燃料的后处理时一定要加强安全防护措施。 后处理工艺一般分为四个步骤:冷却与首端处理、化学分离、通过化学转化还原出铀和钚、通过净化分别制成金属铀(或二氧化铀)及钚(或二氧化钚)。冷却与首端处理是冷却将乏燃料组件解体,即脱除元件包壳,溶解燃料芯块。化学分离(即净化与去污过程)是将裂变产物从U-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。 9. 三废处理与处置 在核工业生产和科研过程中,会产生一些不同程度放射性的固态、液态和气态的废物,简称为"三废"。在这些废物中,放射性物质的含量虽然很低,危害却很大。普通的外界条件(如物理、化学、生物方法)对放射性物质基本上不会起作用。因此在放射性废物处理过程中,除了靠放射性物质的衰变使其放射性衰减外,就只能采取多级净化、去污、压缩减容、焚烧、固化等措施将放射性物质从废物中分离出来,使浓集放射性物质的废物体积尽量减小,并改变其存在的状态,以达安全处置的目的。这个过程称为"三废处理与处置"。
8. 学核工业的就业问题
恩,这个的确是 个冷门,
不过好处在于没什么人和你竞争,你喜欢就坚持
一句话 走自己的路.让别人说去吧.我支持你!!!