核能发电的研究

小论文

课程名称：      材料科学新进展                  课程编号：  102004705                

论文题目:                核能发电的综述                                            

研究生姓名:     魏敏                           学 号:    11721590                     

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核能发电的综述

魏敏  11721590

(上海大学 材料科学与工程学院， 上海200072)

摘要：本文主要介绍了核能发电的基本原理及优势，阐述了我国现在的核能发展状况，核能发展问题以及未来核能发展趋势，在未来发展核能所要注意的问题。

关键词：核电；核反应堆；发展；安全

Summary of Nuclear Power

Weimin

（School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072 ）

Abstract：The basic principles and characteristics of nuclear power have introduced in this paper. The current situation of the development of nuclear energy, nuclear energy development  and the prospective of nuclear energy development was presented in the paper, and some problems in the future development of nuclear energy.

Key words: nuclear power; nuclear reactor nuclear reactor nuclear reactor; development; security

1 引言

   核能的发展和和平利用是20世纪科技史上最杰出的成就之一。在核能的利用中，核能发电的发展是相当迅速的，核能被公认为是一种经济、安全、可靠、干净的能源，随着世界资源的不断消耗及能源需求的持续增长，全球各国包括我国都在积极发展核电[1]。

2   核能发电简介

2.1 核能发电原理[2-3]

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。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提[2]。

核反应堆是一种特殊锅炉，也有人称它为原子反应炉。现代的核反应堆，从外面看是一个立式球形顶的圆柱体或球形建筑物，这就是所谓核岛。至于发电部分，也称为常规岛，核电厂与火电厂都用蒸汽膨胀做功，推动蒸汽轮机旋转，带动发电机发电，核电厂与火电厂主要的不同是蒸汽供给系统。火电厂依靠燃烧化石燃料释放的化学能制造蒸汽，核电站是依靠燃料裂变反应释放的核能来制造蒸汽。

原子反应堆，有人称它为“原子锅炉”当它燃烧时，既看不到火，也看不到烟，却有一个高的“烟囱”。但它从来不冒黑烟，因为它只是一个排风设备，生炉子要用火柴和木材点火，反应堆“点火”是提供引发裂变反应的第一代中子，这是依靠反应堆内安装的点火中子源来实现的。

2.2 核能发电的特点[3]

2.2.1 核电的经济性

   核能是高度浓缩的能源, 1 t铀裂变产生的能量相当于240万t标准煤。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。

2.2.2  核电的环保性

核能发电与火力发电不同,发电过程中不需要燃料储仓、废渣场地等,不直接产生SO2、NOx 、汞或其他与化石燃料的燃烧有关的污染物,也不直接产生CO2 ,是清洁能源。

2.2.3  核电的安全性

核电厂的核反应堆不会像原子弹那样发生爆炸。核电厂核反应堆采用易裂变物质做燃料,这些燃料分散布置在反应堆内部,任何情况都不会像原子弹那样发生爆炸。

2.2.4  核电对环境和工众的影响

正常人体能耐受一次0. 25 Sv的集中辐射而不至于遭到伤害,只有过剂量的辐射才能对人体造成伤害。参照国际辐射单位和测试委员会的标准,我国规定了人体每年接受辐射的,即从事放射性工作的人员每年接受辐射不得超过0. 05 Sv,核电设施周围居民每年接受的辐射不得超过0. 01 Sv。因核电站所使用的反应堆由里到外依次采用了堆芯、压力壳、安全壳、包壳等多重屏蔽,使得就算反应堆附近的辐射剂量也很小了,何况核电站一般建在离居民很远的荒芜地带。

2.3 核电站堆型[4]

2.3.1 压水堆：是一种首先应用于舰船的核动力堆，以水为冷却剂和中子慢化剂，结构紧凑，经济性好，安全性也较好，除了有几道安全屏障外，还有一系列纵深防护措施。

2．3.2  沸水堆：是在压水堆的基础上，经过简化派生出来的。它通过降低压力，使水在堆芯沸腾后直接生成蒸汽，经过汽水分离，直接用于推动汽轮机发电。虽然沸水堆只有一个同路，系统结构比较简单，设备制造难度也较低，但其蒸汽带有放射性，汽轮机及主蒸汽管道都必须有相应的防护措施。

2．3.3  重水堆：使用重水(即重氢和氧形成的水)作冷却剂和中子慢化剂，可直接采用天然铀或略浓缩的金属铀作燃料，不需要大型制造设备，但这种反应堆体积大，且重水价格昂贵。

2.3.4   气冷堆： 采用气体(二氧化碳、氦气等)作冷却剂，曾一度是英国与法国的主要堆型，由于气体传热能力较差，有一些难题尚待解决，其发展受到一定的。

2.3.5   压力管式石墨废水堆：这种堆型设备制造简单，可不停堆装卸料；但同路系统复杂，安装维修困难，特别是压力管是单层的，又没有压力壳，因而反应堆一旦损坏，放射性物质就直接而且大量地泄漏到环境中去了。

2.3.6   快中子增殖堆：快中子增殖堆没有慢化剂，使用快中子)引发裂变，不但每个铀-235原子核裂变后放出的次级中子多，而且快中子的损失少。因此，这些快中子在引发裂变后，还有较多的剩余，可用来使不易裂变的铀一238变成易裂变的优质燃料钚一239，从而使核燃料越烧越多。

3 核电发展[3,5,6,7]

3.1 我国核电发展现状[6]

在3O个已经具有核发电能力的国家中，核反应堆的发电百分比从法国的78％到中国的2％不等。截至2008年，全世界总计有439座核反应堆，另有35座正在建造。其中，美国有104座，法国次之59座，日本55座，俄罗斯有3l座并另有7座在建造中。核电发展集中在亚洲，正在建造中的35座反应堆中总共有2O座在亚洲，而最近并网发电的39座反应堆中的28座也是在亚洲。

对于我国来说，核能是未来能源结构中不可替代的重要组成部分。首先一点，我国大气污染严重，发展核能是减少大气污染和改善生态环境的有效途径。其次，我国温室气体排放量相当大，位居世界第二。而核电生产实际上不产生任何温室气体排放，拥有大型核电和水电容量的国家与严重依赖化石燃料的国家相比，已经显著地降低了每单位能量二氧化碳的排放量。应该冼发展核能是减少温室气体排放量的经济有效的手段。第三，我国人均能源资源严重不足，人均石油探明剩余可采储量只相当于世界平均值的1／lO人均煤炭可采储量仅为世界均值的。石油和煤都是重要的化工原料，开发和保有一定储量是十分重要的。从可持续发展的角度来说，发展核电也是十分必要的。最后一点，随着社会的发展和进步，核电厂的建造费用将下降，而煤电厂因为需要装备静电除尘、烟气除硫等设施，建造费用将增加，两者的建造费用和建造周期将逐渐趋同。所以从经济角度看，核电的价格和其他能源相比也有很强的竞争力。

3.2 我国核电发展的主要问题[5]

3.2.1 核心技术创新不足。目前，我国核电技术研发能力还落后于国外发达国家，由于我国核电产业规模偏小，建设成本较高，而且堆型分散，缺乏核心技术，所以需要多种技术基础与人才的大力支持，且管理方面的诸多困难所引发的安全隐患正逐步显现。这些问题充分体现出我国技术创新能力不足的缺陷。

3.3.2  核废料处理的困难程度将不断增加我国环境保护方面的压力，这也是我们未来必须面对的一个巨大挑战。核电对环境的影响是双向的。一方面，核电作为清洁能源，像水电一样不会排放粉尘、二氧化碳、氮氧化物等有害物质。然而另一方面，核电又是污染源，核废料处理问题及核泄漏对环境所造成的巨大破坏令人发指。但这不表示要否定核电的发展前景，中国的可持续发展需要核电。所以，在大规模发展核电之前，对可能面临的风险做好充分准备尤为重要。

3.3.3 核电本身特点所衍生的一系列问题。如核电项目巨额的投资和较长的建设周期、不断增长的预算以及处理核废料的高额成本，怎样增加核电站运行的稳定性，如何处理多种堆型的并存，快堆需要多长时间内完成研发都是未来我国核电发展需要面对与解决的问题。

3.3 未来核电发展的战略选择[6,7]

3.3.1 调整国家种长期计划并制定可行的核电技术发展路线图：要坚持一个能用计划，制定长远计划，鉴定不移的执行。

3.3.2 注重核电厂址选择条件：针对福岛事件的前车之鉴，我国核电厂建设应注重评价核电厂址安全的外部事件因素，核电厂‘结合多重自然灾害的情况，改进和完善核电厂的抗震、抗台风、防洪(海啸)的安全管理。同时，还应进一步明确，根据核设施的厂址条件，在该设施的设计、建造和运行中考虑小概率极端自然灾害及其叠加的可能性，超设计基准事故和严重事故与设计基准事故也要纳入核电厂的设计考虑范畴。

3.3.3 对核废料处理采用隔离方法：把废物深埋在地下或海底，是目前普遍赞同的一种隔离方法。废物被干燥并与玻璃混合形成固体，这些固体不会发生化学侵蚀，并把这种物质放在金属圆筒里，在盐矿床的深部开挖水平巷道，从水平巷道向下钻好多孔道，把上述金属圆筒放到这些孔道里去。裂变产物产生的热能把金属圆筒周围的盐溶化并把金属圆筒就地密封住。

3.3.4 强化核电安全标准制定相关法规：福岛事件动摇了全球对核安全的信心，我们必须强化安全标准，提高核电安全和信息的透明度，只有这样，我们才能恢复公众的信心。同时，要进一步提高国家核安全管理部门的地位、完善其管理职能，对于新建核电厂要进行严格论证和审批，对在建和运行中的核电厂加强监管，并对确保核电站万无一失的安全运行问题进行研讨。

3.3.5 把公众利益方在核电发展第一位福岛事件后，美国公众多持理性态度，并未出现大规模的反核浪潮及核恐慌，而中国公众反应更加强烈，各地甚至发生了疯抢碘盐等核恐慌现象。造成这种现象的发生可能由于中国距离日本很近，公众担忧不可避免，但对此也可看出我国公众对核电及发展缺乏认识，对核电和核安全知识极度缺乏。

结语：

对核能知道了解的比较少，通过查阅文献，多少对核能发电与一定的认识。下面谈谈自己所学到的东西：

核能发电主要是通过核反应堆材料进行裂变（聚变）所释放的能量进行发电。裂变反应是一个链式反应，能够一直进行裂变，而且反应放出的能量很巨大。根据爱因斯坦提出的相对论：质量和能量可以相互转化，质量消失，会产生能量。按照这个理论一个铀原子裂变一次就能释放出巨大的能量。

核能发电具有许多的优点：1.核能发电不会造成空气污染 2. 核燃料能量密度高，易于储存和运输 

核电是安全的能源，对于利用核能发电中重要的问题就是核安全问题。

1978年美国三里岛核电站事故，是由于操作人员判断失误，关闭了向反应堆冷却水阀门，使反应堆出现了出水事故。1986年前苏联切尔洛贝利核电站。2011年日本福岛核电站引发的灾难。都在提醒我们核能安全的重要性。

为确保核能安全问题，必须做到以下几方面：

1.注重核电厂址的选择

2.对核废料要采取隔离的处理方法

3.强化核电安全标准及相关法规

4.要把大众利益放在首位发展核电

参考文献：

[1] 张世杰. 核能发电现状与核电安全分析[J]. 企业技术开发, 2011,30(10):115-117.

[2] 刘珊，句丽华. 核能发电综述[J]. 科学论坛,2010,36:50-51.

[3] 陈国云，范杜平.核能发电的特点及前景预测[J]. 电力科技与环保, 2011,27(5):48-50.

[4] 周全之. 核能发电原理及主要堆型[J].电气时空,2005: 23-24.

[5] 崔雪，陈小英. 我国核电发展与安全问题探究[J].辽宁工业大学学报 2011,13（4）：43-45.

[6] 天野之弥. 核电的现状和将来 [J].国外核动力, 2010,（3）.

[7] 冯汉昌. 浅谈核能发电[J]. 华东电力, 1994,(3): 47-51.