一、核能
原子由带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子组成。普通化学反应的热效应来源于外层电子重排时键能的变化,而原子核及内层电子并没有变化。另外还有一类反应的热效应却来源于原子核的变化,这类反应叫核反应。核反应可分为核衰变、核裂变和核聚变三大类。1克镭(Ra)在衰变过程中释放的能量是lg镭和足量(Cl2)起反应生成RaCl2时所释放能量的50万倍。1g铀—235发生裂变时释放能量为8×107KJ,1g氘发生聚变时释放的能量是6×108KJ .而l克煤完全燃烧时释放的能量仅为30KJ.核反应过程中由于原子核的变化,而伴随着巨大的能量变化,所以核能也叫原子能,认识核反应和研究核能的利用就成为处理能源问题时必须考虑的一个方面。
二、核裂变反应与核电站
连续核裂变释放出巨大的核能,若人工控制使链式反应在—定程度上连续进行,产出的能量加热水蒸气,推动发电机,这是建设核电站的基本原理:若让裂变释放的能量不断积聚,最后则可以在瞬间酿成巨大的爆炸,这是制造的原理。
随着二次世界大战的爆发,核裂变的研究被吸引到制造的工作中去厂,自1939年起,美国政府拨出巨款,设立机构,动员各方面力量投入庞大的原子能研究-经过6年多的研究.1945年7月16日在美国新墨西哥州的沙漠中第一颗试爆成功,同年8月6日和8月9日先
后在日本广岛和长畸投下,在人类历史上写下了令人难忘的一页。
一个的爆炸威力相当于10万吨普通(,简称TNT)-原子能的研究成果,不幸首先用于战争,危害人民。但二次大战结束后,科技人员很快致力于:原子能的和平利用,使它造福于人民。1954年前苏联建成世界上第一座核电站,功率为5000kW。世界上已有30多个国家400多座核电站在运行之中,世界能源结构中核能的比例逐渐增加。
核电站的工作原理如图2—9所示。核电站的中心是核燃料和控制棒组成的反应堆,其关键设计是在核燃料中插人一定量的控制棒,它是用能吸收中子的材料制成的,如硼(B)、镉核电站利用什么发电(Cd)、铪(Hf)等是合适的材料。利用它们吸收中子的特性控制链式反应进行的程度,U—235裂变时所释放的能量可将循环水加热至300℃,高温水蒸气推动发电机发电。由此可见核电是一种清洁的能源,它没有废气和煤灰,建设投资虽高,但运行时就没有运送煤炭、石油这样繁重的运输工作,因此还是经济的-所以发展核电是解决当前电力缺口的—‘种重要选择。但有两个问题总是令人担忧,—-是保证安全运行,二是核废料的处理。
国际上曾发生过两次重大的核电事故。1979年3月28日美国宾夕法尼亚州三里岛核电站,因反应堆冷却系统失灵,使堆心部分过热,致使部分放射性物质逸人大气+但事故得到及时处理,没有引起爆炸,对人员伤害不很严重,只是核电站受到一定程度的破坏.1986年4月26日在前苏联乌克兰基辅市北部的切尔诺贝利核电站,因人为差错和违章操作发生猛烈爆炸,
反应堆内放射性物质大量外泄,造成大面积的环境污染,人畜伤亡惨重,放射性伤害,轻者有白血球减少、恶心、呕吐,脱发等症状,重者则有出血、溃疡、遗传失常,癌症等。所以核技术单位都有严格的防护措施以保工作人员的安全。在核电站建设中必须坚定不移地执行安全第一的方针;站址要设在地质结构稳定的岩石层,能承受地震、洪水、飓风等各种自然灾害的侵袭,反应堆的外壳要充分考虑各种可能产生的高压高温情况,操作人员必须经过严格培训和考核才能上岗:国际原子能委员会还组织专家对各核电站进行评审,确保安全。总之,核能的开发,安全必须先行.我国自1982起决定要稳妥而积极发展核电,第一座自行设计的30万千瓦核电站,建在浙江省海盐县秦山脚下,地质构造良好,靠山临海。1995年7月正式通过国家验收。第二期;工程两台60万千瓦机组将动工,第三期工程……:秦山核电站的建成,使华东地区的缺电情况有听缓解。此外在广东大亚湾引进两台90万千瓦的核电站正在建设之中,辽宁建新核电站也已开筹建,预计到2000年我国将有200多万干瓦的核电能力
核电站废料的处理也是非常棘手的事情。U—235裂变产生的碎核都具有放射性。反应堆工作一定时间后,必需更换新燃料,卸下的放射性废料就存在着如何处理,运输、掩埋的问题。早期曾将废料直接埋人地下,但即使掩埋较深,久而久之地下水总会使这些放射性物质扩散。后来又将废料装在金属桶里,外面加一层混凝土或沥青,弃于海底,在大西洋北部和太
平洋北部都有这些废料的“墓地”:经多次国际会议商讨,现在认为对用过的核燃料中还有未燃尽的铀,应尽量回收,这样既可提高资源的利用串又减少废料的放射性。废料中还有些有使用价值的放射性物质和非放射性物质,也应提取分离,这些过程统称为“后处理”。其他放射性废料应装入特制容器,它具有防震、防腐、防泄漏等特性。然后将容器深埋在荒无人烟的岩石层单,使它长期与生物界隔离,其放射性禁锢于容器内而不扩散核污染;随着核电的发展,核废料的处理是必须认真对待的重要问题;在反应堆的运行过程中和核燃料的后处理过程中有许多化学问题值得深入研究。 核聚变和
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