核能:從裂變邁向聚變

2021-01-09 人民網

原標題:核能:從裂變邁向聚變

  日前,第三屆核安全峰會在荷蘭海牙舉行,峰會主題是,如何加強核設施和核材料的保護,防止出現核事故。迄今,核裂變能一直存在三大問題:能否安全運轉;原料能否保障供應;核廢料如何安全儲存。目前,幾個大國在加強國際合作的同時都在積極研究從核裂變邁向核聚變。如果受控核聚變得以實現,人類將獲得安全、清潔、廉價和取之不竭的能源,從而在保護生態環境的情況下實現經濟社會可持續發展。

  核能(電)今昔

  據世界核能協會(WN A )統計,截至2012年11月,全球共有30個國家運行著436臺核電機組,總裝機容量為3 .74億千瓦;13個國家正在建設62臺核電機組,總裝機容量為6300萬千瓦;27個國家計劃建設167臺核電機組,總裝機容量為1.82億千瓦。2012年全球核電鈾需求量為67990噸。

  國際原子能機構2013年7月15日發表報告指出,2012年核電國家在加強核安全方面取得顯著進展,但437座運行中的核反應堆機組中,有162座使用已超過30年,有22座使用超過40年。因此,核電站老化問題是有關國家面臨的挑戰。核能是原子核結構發生變化時放出的能量,在實用上指重元素的原子核發生分裂反應(又稱裂變)時和輕元素的原子核發生聚合反應(又稱聚變)時所放出的巨大能量。因此,核能分別稱裂變能和聚變能。

  核電站是利用原子核裂變反應放出的核能發電的裝置。其核心是核反應堆,它是一個能維持和控制核裂變反應的裝置,在這裡實現核能———熱能轉換。

  20世紀60年代,美國曾積極發展核能(電)業。1973年3月,美國三裡島壓水堆核電站因操作失誤等原因,發生堆芯熔毀嚴重事故,使美國核電業發展受到重創,美國核能(電)業陷入停滯。目前,美國有104座核反應堆,其中69座為壓水反應堆,35座為輕水反應堆。歐巴馬擔任美國總統以來,一再強調美國將繼續發展核能(電)業。2012年5月,美國核管理委員會批准南方電力公司兩臺A P1000核電機組的建設和運行許可證,裝機容量均為110萬千瓦,分別於2016年和2017年投入運行。這是30年來美國第一次建設新的核電站。

  20世紀70年代後,石油價格上漲推動了核能(電)業發展,目前世界商業運行的核電機組大多數在此期間建成,稱為第二代核電機組。俄羅斯是世界核能大國之一,擁有豐富的鈾礦儲量,掌握了從鈾礦開採到發展核電整體技術。目前,俄羅斯國內運營核電機組32臺,有500多家企業和機構、19萬人員從事核能研發工作。2012年9月,俄羅斯國家原子能公司副總裁表示,俄羅斯計劃將於2030年前再建38個核電機組。

  為保證核電站安全運行,20世紀90年代,美國和歐洲先後出臺了U R D文件和E U R文件,明確了提高安全可靠性和防範嚴重事故的要求。國際上通常把滿足這兩個文件的核電機組稱為第三代核電機組。2000年1月,在美國能源部倡議下,美、英、日等十個有意發展核能利用的國家,聯合組成「第四代國際核能論壇」,並於2001年7月籤署合約,約定共同合作研發第四代核能系統。第四代核能利用系統,指安全性和經濟性都更加優越,廢物量極少,無需廠外應急,並具有防核擴散能力的核能利用系統,其商用化估計到2030年前後實現。

相關焦點

  • 核裂變VS核聚變
    核裂變反應        在自然界中,只有一些質量非常大的原子核像鈾、釷等才能發生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以後會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核,同時放出兩個到三個中子和很大的能量,又能使別的原子核接著發生核裂變並使過程持續進行下去。
  • 核聚變與核裂變有什麼本質上的區別嗎?
    人類利用核能是從核裂變開始的,從費米在芝加哥大學建立人類第一個核反應堆開始,到後來美國轟炸日本的兩顆原子彈,再到現在的核電站,這些都是核裂變的產物。核裂變的原理其實並不複雜,其實就是用中子去轟擊裂變材料的重原子核,這些重原子核被轟擊後會分裂為二到三個輕原子核,同時還會釋放出二到三個中子,這些中子又會轟擊其他的重原子核,這樣一來在極短的時間內就釋放了巨大的能量,這種過程被稱為鏈式反應
  • 聚變優勢那麼明顯,為何世界上的核電站全是用裂變發電呢
    隨後人們發現重核發生裂變,輕核出現聚變都會帶來質量損失。隨後人們似乎找到了新型能源的鑰匙。 似乎看起來人類對兩種技術的掌握程度差不多。
  • 核能為什麼那麼強大
    核能為什麼那麼強大   核能是核裂變能的簡稱。50多年以前,科學家在的一次試驗中發現鈾-235原子核在吸收一個中子以後能分裂,在放出2—3個中子的同時伴隨著一種巨大的能量,這種能量比化學反應所釋放的能量大的多,這就是我們今天所說的核能。核能的獲得途徑主要有兩種,即重核裂變與輕核聚變。核聚變要比核裂變釋放出更多的能量。
  • 能源歸途:核聚變
    當前,人類使用的能源主要有化學燃料、裂變核能、太陽能、風能和水能,以及地熱能等。這些能源在使用過程中都存在一些弊端,如汙染環境、資源枯竭、利用率低、受地域限制大等,難以長期滿足人們日益增長的能源需求。作為一種既清潔安全,又取之不盡、用之不竭的理想能源,聚變核能開始進入人們的視野。
  • 2019年中國核能發電量季度統計
    核能(或稱原子能)是通過核反應從原子核釋放的能量,符合阿爾伯特·愛因斯坦的質能方程E=mc?     ,其中E=能量,m=質量,c=光速。核能可通過三種核反應之一釋放:1、核裂變,較重的原子核分裂釋放結合能。2、核聚變,較輕的原子核聚合在一起釋放結合能。3、核衰變,原子核自發衰變過程中釋放能量。電力是以電能作為動力的能源。
  • 【公基備考】核能與中國的核安全
    但核聚變反應技術要求極高,目前人類還沒有辦法,對它們進行較好的利用。(一)核能發電核能發電過程:核能→水和水蒸氣的內能→發電機轉子的機械能→電能。1954年,蘇聯建成世界上第一座裝機容量為 5兆瓦(電)的奧布寧斯克核電站。到1966年,核能發電的成本已低於火力發電的成本。核能發電真正邁入實用階段。
  • 2020寧夏事業單位備考:你對「核能」知多少?
    考點2:核能   一、核能的定義   核能(或稱原子能)是通過核反應從原子核釋放的能量,符合阿爾伯特·愛因斯坦的質能方程E=mc²,其中E=能量,m=質量,c=光速。   核能可通過三種核反應之一釋放:(1)核裂變,較重的原子核分裂釋放結核能。(2)核聚變,較輕的原子核聚合在一起釋放結核能。
  • 數說2020年全球核能發電
    用核反應堆產生核能,需要解決以下4個問題:  ⑴ 為核裂變鏈式反應提供必要的條件,使其反應得以進行;  ⑵ 鏈式反應必須能由人工通過一定裝置進行控制。失去控制的裂變能不僅不能用於發電,還會釀成災害;  ⑶ 裂變反應產生的能量要能從反應堆中安全取出;  ⑷ 裂變反應中產生的中子和放射性物質對人體危害很大,必須設法避免。
  • 128億歐元「人造太陽」:極簡核能發展史
    「人造太陽」是可控核聚變裝置的俗稱。在「可控核能」技術出現之前,人類早就開始利用核能了,一直可以追溯到人類誕生之初。雖然那時候……大家還不太清楚「核能」是個啥玩意。不信?請抬頭看看太陽。地球生物圈利用的太陽能,都來太陽內部的核反應區。
  • 從利用太陽到「人造太陽」:極簡核能發展史
    在「可控核能」技術出現之前,人類早就開始利用核能了,一直可以追溯到人類誕生之初。雖然那時候……大家還不太清楚「核能」是個啥玩意。不信?請抬頭看看太陽。地球生物圈利用的太陽能,都來太陽內部的核反應區。什麼是核能核能,也叫原子能。
  • 港媒:中國擬建聚變裂變混合核反應堆 技術超前
    華龍一號效果圖【環球軍事報導】香港《南華早報》網站7月17日援引《科技日報》的報導說,中國將在2030年前建設一座能在一個地方實現核聚變和裂變的混合反應堆。該項目正在一個軍事研究設施展開。最近,設在四川的中國工程物理研究院完成了相關概念設計。該院負責研製中國的核武器。
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    參考消息網7月21日報導 港媒稱,中國將在2030年前建設一座能在一個地方實現核聚變和裂變的混合反應堆。香港《南華早報》網站7月17日援引《科技日報》的報導說,該項目正在一個軍事研究設施展開。最近,設在四川的中國工程物理研究院完成了相關概念設計。
  • 宇宙中是如何將冷聚變和熱聚變有效結合的呢?
    熱核聚變就是核能的應用。核能的利用有其利必有其害,優點是:發電、核武器、核動力。缺點是:(1)要產生核能必須完成核裂變鏈式反應。核裂變一旦失去控制,中子和放射性物質就會對人體和環境產生巨大的危害。(2)使用過的核燃料雖然所佔體積不大,卻具有極強放射性,一旦處理不當就很可能對環境生命產生致命的影響。(3)投資核能的成本太大,製作工序繁雜。
  • 【公基備考】核能發電工作原理及核電站進程
    用鈾製成的核燃料在「反應堆」的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處於高壓下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,將原子核裂變能轉化為熱能;蒸汽壓力推動汽輪機旋轉,熱能轉化為機械能;然後汽輪機帶動發電機旋轉,將機械能轉變成電能。通過電網送到四面八方。1.核能發電不會造成空氣汙染。2.核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。
  • 六月物理 | 核能 —— 天使或是魔鬼?
    化學能來自於分子原子層面,而原子內部的原子核中,其實潛藏著更為巨大的能量,就是本期我們的主角——核能。1945年美國在日本先後投下了「小男孩」、「胖子」兩顆原子彈,其中「小男孩」爆發出了相當於2萬噸TNT炸藥爆炸的威力。
  • 2020寧夏社會工作者備考:核能發電的優點
    考點一核能發電基本工作原理是什麼?   核電站利用核能發電,核心設備是核反應堆。核電站用的燃料是鈾。用鈾製成的核燃料在「反應堆」的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處於高壓下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,將原子核裂變能轉化為熱能;蒸汽壓力推動汽輪機旋轉,熱能轉化為機械能;然後汽輪機帶動發電機旋轉,將機械能轉變成電能。通過電網送到四面八方。
  • 核聚變迎來新突破,原料不再是問題,離人造太陽又近了一步
    要說我國哪些領域在國際是領先的,核領域絕對是毋庸置疑的,我國本身是一個核大國,常備核武器,我們本著和平發展的理念,考慮更多的是如何利用核能為人類謀福利,我們近些年來先後建了很多核裂變發電站,為我們提供了很多能源,但是核裂變發電站有一個問題,就是會產生放射性廢料,嚴重汙染環境,而且其原料提取成本大,不可再生。
  • 掌握可控核聚變能實現什麼?能讓我們走出銀河系嗎?
    究其原因就是它內部每時每刻都在進行核聚變反應。核聚變反應是一種比核裂變反應更高效、所需原料更少的產能方式,掌握了它能夠給人類帶來什麼呢?當科學家第一次發現了核能的存在,仿佛叩響了能源世界的一道大門。到人類掌握核能的產生技術之後,在產能方式上人類又多了一個自由度。與其他產能方式相比,通過核反應所產生的能量遠遠要得多。
  • 看看核裂變,再看看核聚變,終於知道二者區別
    而核能似乎是破解死局的有利武器!核能是一種清潔、高效和相對安全的能源,是各國新能源的寵兒,也是現在還未降伏的猛獸,核電站一旦洩露或爆炸造成的影響是巨大且不可逆的,2011年日本發生福島第一核電站事故,直至8年後的今天,全球依舊談核色變!核能的利用主要有核裂變、核聚變和核衰變三種形式!核衰變基本是自發性的,不需要給體系提供額外的能量,與前兩者有很大不同!