什么样是核能,轻核聚变比重核聚变释放出的能

日期:2019-10-15编辑作者:科技视频

核能的释放通常有两种形式,一种是重核的裂变,即一个重原子核,分裂成两个或多个中等原子量的原子核,引起链式反应,从而释放出巨大的能量;另一种是轻核的聚变,即两个轻原子核,聚合成为一个较重的核,从而释放出巨大的能量。理论和实践都证明,轻核聚变比重核聚变释放出的能量要大得多。 利用重核裂变,人们已经制造出了原子弹,若通过反应堆对其加以人工控制,就可实现原子能发电。利用轻核聚变原理,人们已经制造出比原子弹杀伤力更大的氢弹,氢弹是无控制爆炸性核聚变。要实现核聚变能的和平利,即核聚变发电,必须对核聚变实行人工控制,使核聚变反应按照人们的需要有序地进行,这就是受控核聚变。 重核裂变能源 1938年,放射化学家奥托·哈恩和物理学家施特拉斯曼发现铀核裂变。1942年12月2日,世界上第一座核裂变反应堆在美国的芝加哥大学建成,人类在这里首次实现了自持链式反应,从而开始了受控的核能释放。 1954年,前苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站,输出功率为5000千瓦。到60年代中,核电站走向实用化和商品化。工业发达国家核电发电成本已与燃煤火力发电站持平甚至略低。 常见的压水反应堆核电站,主要包括两大部分:一部分是利用核能生产蒸汽的核岛,包括反应堆装置和回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛,包括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀,它是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在反应堆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,蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转,电能就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。 目前,全世界共有将近500座核电站,全年总发电量占世界总发电量的17%。世界各国中,法国的核电站发展最快,有57座核电站,总装机容量6200万千瓦,核电占总发电量的77.8%。1991年,中国自行设计、建造的第一座核电站――秦山核电站启用,继之大亚湾核电站投产。世纪之交,中国正规划、兴建4座新的核电站,到2010年核电总量有望达到2000万千瓦。 轻核聚变能源 轻原子核聚变反应的研究,可以追溯到30年代对太阳的研究。1938年,物理学家证明,太阳里进行的氢核聚变成氮核的反应,使它还能光芒万丈地燃烧几十亿年。 受控核聚变反应的原理是:氘原子核在上亿摄氏度的高温条件下发生聚变而释放出巨大能量。由于这种热核反应是人工控制的,因此可用作能源。 核聚变发电有许多无可比拟的优点: 能量巨大 核聚变比核裂变释放出更多的能量。例如,铀235的裂变反应,将千分之一的物质变成了能量;而氘的聚变反应,将近千分之四的物质变成了能量。 资源丰富 重核裂变使用的主要原料是铀,目前探明的储量仅够使用约1000年;而轻核聚变使用的燃料是海水中的氘,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”,地球上海水中就有45万亿吨氘,足够人类使用百亿年。 成本低廉 1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的1/40。 安全、无污染 核聚变不产生放射性污染物,万一发生事故,反应堆会自动冷却而停止反应,不会发生爆炸。 简言之,受控核聚变的燃料取之不尽、用之不竭,核聚变能将是21世纪最理想的“长寿”能源。

什么是核能?核能在使用中有哪些利与弊?

一听,要在家附近建设核电站,就会引发很多人不满,主要是说:在我家门口放个原子弹,不放心啊,被辐射怎么办?那么,核能与原子弹真的一样吗?

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在20世纪出现的高新技术中,恐怕再没有比核能的发现和利用更令世人震惊了。

提到核能,在大多数国人的认知里,首先想到的是核爆炸;二战中美国往日本长岛投放原子弹;1964年我国第一颗原子弹爆炸等。核能在我们的眼里,永远充斥着无法抵御的力量。

人们在利用核能制造大规模杀伤武器的同时,开始研究用它发电和作为动力,造福人类。在这方面,前苏联率先获得成功,他们用石墨作慢化剂降低中子的速度,以控制原子核的裂变速度,于1954年在奥布灵斯克建成了第一座装机容量500万千瓦的石墨水冷核反应堆核电站。

什么是核能

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核能是通过核反应从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的质能方程E=mc2 ,其中E=能量,m=质量,c=光速。核能可通过三种核反应之一释放:

1、核裂变,较重的原子核分裂释放结合能。

2、核聚变,较轻的原子核聚合在一起释放结合能。

3、核衰变,原子核自发衰变过程中释放能量。

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核能的利弊

从第一座核电站建成至今,世界上已有30多个国家建造核电站440多座,发电量占全球的17%,其中,核发电量占本国总发电量比例最高的国家是立陶宛,达到80%,其次是法国,达到79%。而相对我国而言,目前仅达到3%。

当然,核能还有其他用处。在太空探索、海洋开发、生命医疗等方面同样发挥着巨大的作用;然而另一方面,核辐射、核废物处理等引发的核污染同样让人揪心。

对于核能的研究,还有许多有待我们探索发现的领域。核能可以化身毁灭世界的魔鬼,同样,核能也可以变身造福世人的天使。魔鬼?天使?除了其自身的因素外,更大的作用力,取决于人类将如何利用这强大的新兴能源。

核能:未来能源新希望?还是在培养恶魔?

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当前,世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料,化石燃料不是可再生能源,用掉一点儿就少一点儿。燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室气体”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物,并排放大量的烟尘,这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。核能不产生这些有害物质。1987年,世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的概念,就是“既满足当代人的需求,又不危及后代人满足其需求的发展”。为了实现可持续发展,人类迫切地需要新的替代能源。目前唯一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源,就是核能。

到目前为止人类获得核能有两条途径。

早在1939年物理学家就发现铀的原子核在一个中子的轰击下,能够分裂成几个中等质量的原子核的同时产生能量,这个能量比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍以上!就这样,人们发现了“原子的火花”,一种新形式的能量——这个能量是由原子裂变而产生的,故称其为原子核裂变能,它是核能的一种。但当时人们只注意到了释放出惊人的能量,却忽略了释放中子的问题。

稍后,物理学家又发现了更重要的一点,也是最引人注目的一点,就是:在铀核裂变释放出巨大能量的同时,还放出两、三个中子来。一个中子打碎一个铀核,产生能量,放出两个中子来;这两个中子又打中另外两个铀核,产生两倍的能量,再放出四个中子来……以此类推,这样的链式反应,势不可挡。这意味着:一个重原子核分裂成几个中等质量原子核的链锁反应过程会持续释放大量核能,它是人类获得核能的一条重要途径。

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与此同时,人类在寻找获得核能的另一条途径。在很早以前人类就在思索:太阳发出的巨大能量是从什么地方来的?现在科学家已经清楚,太阳发出的能量是来自组成太阳的无数的氢原子核。在太阳中心的超高温和超高压下,这些氢原子核互相作用,发生核聚变,结合成较重的氦原子核,同时释放巨大的光和热。

太阳能的来源启发了科学家,使他们认识到在人工控制下氢元素的核聚变反应即受控热核反应,是未来人类最有希望的能量来源。但由于控制热核反应要比控制裂变反应堆困难得多,虽然近50年来世界各国都在大力研究,但仍有不少技术难题尚未解决。就目前来说人类能控制的还是核裂变。

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全球第三大核电生产国日本,计划在今后十几年内建设11座新的核反应堆。日本还计划,到2050年使其国内60%的电力都来自核电,这是其目前所占比重的两倍。即便如此,同一些中国企业比,日本的“雄心壮志”还是微不足道的,中国核电企业计划建设150座新的核反应堆。

国际能源署将核能视为稳定全球二氧化碳排放量水平的重要组成部分。

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一些反对核能利用者,宣传风能和太阳能都可以提供能源和电力,并可用来替代化石燃料,从而可以减少二氧化碳排放。但事实是,这是“比较艰难的任务”。除去天然气,核能是唯一一个可行的低碳能源来源,它有助于显着减少对煤的使用。或许我们都不喜欢核能,但是我们必须选择它。短期内,即未来几十年内,减少二氧化碳排放量的显而易见的途径是增加天然气使用。但就长期来看,除非能源储存技术奇迹性地出现重大突破,比较可行的选择只有核能。

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