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核能的安全和合理利用

安全加油站

2014-04-29

资讯简介

核能(或称原子能)是通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。核能通过三种 核反应之一释放:1、核裂变,打开原子核的结合力。2、核聚变,原子的粒子熔合在一起。3、核衰变,自然的慢得多的释能形式。本课程主要讲述了核电的基本 原理、核辐射传播的途径和方式、核辐射的检测及核辐射的防护。
本课程由:原核工业第八研究所,陈绍廉研究员讲解。
陈绍廉:原核工业第八研究所所长,研究员,核科普专家。享受国务院特殊津贴,曾获国家科技进步奖二等奖等多项奖励,为中国核工业总公司有突出贡献中青年专家、中国 核工业总公司劳动模范。为普及核科学知识和循环经济知识、宣传节约型社会、宣传绿色核电, 2006 年起,成为上海市老科协科普讲师团的讲师,先后作科 普报告 80 余次,报告选题为:“国内外核电发展状况”、“核电是一种高效、安全、清洁、经济的能源”、“朝核、伊朗核问题中的核技术” “节约型社会 与循环经济”、“循环经济向我们走来”等。并连续三年被评为上海市老科协科普讲师团优秀讲师。

核能发电

利用核反应堆中核裂变所释放出的热能 进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及核能发电站蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外(见轻 水堆),其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热,在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水,然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路 的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的过饱和蒸汽,经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。

核反应堆

核 能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热,将水加热成高温高压,利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放 出的能量要高很多(相差约百万倍),比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%-4%,其馀皆为无法产生 核分裂的铀238。

举例而言,核电厂每年要用掉80吨的核燃料,只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤,需要515万吨,每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气,需要143万吨,相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来,刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。

过程

核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。

发展进程

第 一代核电站。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代。1954年前苏联建成发电功率为5兆瓦的实验性核电站;1957年,美国建成发电功率为9万千瓦 的Ship Ping Port原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性的原型核电机组成为第一代核电机组。

第 二代核电站。20世纪60年代后期,在实验性和原型核电机组基础上,陆续建成发电功率30万千瓦的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组,他们在 进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明。世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期建成的,习惯上称为第二代核电 机组。

第 三代核电站。20世纪90年代,为了消除三里岛和切尔诺贝利核电站事故的负面影响,世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关,美国和 欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》,即URD文件和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》,即EUR文件,进一步明确了预防与缓解严重事故,提高安全 可靠性等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。对第三代核电机组要求是能在2010年前进行商用建造。

第四代核电站。2000年1月,在美国能源部的倡议下,美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家,联合组成了“第四代国际核能论坛”,与2001年7月签署了合约,约定共同合作研究开发第四代核能技术。

原理

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。

优点

1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染。

2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3.核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,暂时没有其他的用途。

4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。

5.核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。

缺点

1.核能电厂会产生高低阶放射性废料,或者是使用过之核燃料,虽然所占体积不大,但因具有放射线,故必须慎重处理,且需面对相当大的政治困扰。

2.核能发电厂热效率较低,因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏,故核能电厂的热污染较严重。

3.核能电厂投资成本太大,电力公司的财务风险较高。

4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害。

安全核能

当今,全世界几乎16%的电能是由441座核反应堆生产的,而其中有9个国家的40%多的能源生产来自核能。在这一领域,国际原子能机构作为隶属联合国大家庭的一个国际机构,对和平利用、开发原子能的活动积极加以扶持,并且为核安全和环保确立了相应的国际标准。

国 际原子能机构的作用相当于一个在核领域进行科技合作的政府间中心论坛。作为一个协调中心,该机构的设立便于在核安全领域交换信息、制订方针和规范以及应有 关政府之要求提供如何加强核反应堆安全和避免核事故风险的方法。国际原子能机构还在旨在确保核技术的运用以求可持续发展的国际努力中扮演重要作用。

随 着各国的核能计划增多,公众日益关注核安全问题,国际原子能机构在核安全领域的职责也扩大了。为此,国际原子能机构制订了辐射防护基准标准,并就特定的业 务类型颁布了有关条例和业务守则,其中包括安全运送放射性材料方面的条例和业务守则。依据《核事故或辐射紧急援助公约》和《及早通报核事故公约》,一旦发 生放射性事故,国际原子能机构会立即采取行动,确保向成员国提供紧急援助。国际原子能机构还对其他几个核安全方面的国际条约担负着保存任务。这些国际条约 包括:《核材料实物保护公约》,《维也纳核损害民事责任公约》,《核安全公约》以及《废燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》。最后一个公约是针对 核安全问题的第一个国际性的法律文书。

国际原子能机构就各成员国实施原子能计划提供援助和咨询意见,并且积极推动各国就科技信息进 行交流。该机构还帮助各国政府在水、卫生、营养及药物和食品生产等领域和平利用原子能。这方面一个突出的例子是利用核辐射技术所开展的突变育种工作。通过 这一工作,将近2000个新的优良作物品种业已开发成功。

当前,围绕能源选择的问题争论不休。这场争论的起因是国际社会试图控制二氧化碳向大气层的排放,因为二氧化碳进入大气层导致了全球升温。国际原子能机构强调核能的种种好处,认为作为一种重要的能源来源,核能不存在温室气体和其他有毒气体排放的问题。

通 过其设在维也纳的国际核信息系统,国际原子能机构对几乎所有核科学和技术方面的信息进行收集和传播。国际原子能机构还与联合国教育、科学及文化组织合作, 在意大利东北部城市的里雅斯特设立了国际理论物理中心。该中心拥有三个实验室,开展原子能基础应用方面的研究。国际原子能机构还与联合国粮农组织合作,开 展原子能应用于粮食和农业生产领域的研究。该机构还与世界卫生组织合作,开展核辐射应用于医药和生物学领域的研究。此外,国际原子能机构在摩纳哥还设有海 洋环境实验室。该实验室得到了联合国环境规划署和教育、科学及文化组织的协助,共同对全球海洋环境污染的情况进行研究。



 

参考教材


能源安全与能源发展战略研究陈元主编北京市:中国财政经济出版社 2007


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