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原子能

發布時間:2018-11-19 16:22 來源:荊楚網

經濟的發展、能源的短缺,促使核電工業迅速崛起。核能以其獨有的優勢受到了世界各國的重視與歡迎。然而在發展核技術的同時也給周圍環境造成了一定程度的放射性污染。本文是關于核能的思考:核能的原理以及核能所具有的各種優勢;國內外核能技術的發展情況及前景以及放射性污染的危害,更重要的是關于發展核能的必要性的深刻思考。

 

 

隨著我國經濟快速發展,核能作為支撐我國經濟高速發展的支柱之一,其占據了舉足輕重的地位。全世界范圍內,不管是政治、軍事、經濟活動;還是人類日常的生活方式都離不開對能源的依賴。但隨著消費量不斷的增加,地球化石原料(石油、天然氣、煤)的使用年限越來越短以及環境破壞日益嚴重,開發新能源已成為人類一項迫切和重要的任務。與傳統能源相比,核能具有高能效、低污染、經濟、可持續發展的優點。作為主要核電能源,核武器等戰略能源儲備以及民用科研需要,開發越來越多的鈾礦和伴生放射性礦產資源已是大勢所趨。然而,對核能的開發與利用是一把雙刃劍,一旦核泄漏造成放射性污染,對世界來說又將是巨大的災難。以下便是對核能的認識以及思考:

“核能”來源于保持在原子核中的一種非常強的作用力——核力。 核力和人們熟知的電磁力以及萬有引力完全不同,它是一種非常強大的短程作用力。取得核能的方式有兩種:一是目前已達到實用階段的核裂變方式,二是目前還處于研究試驗階段的核聚變方式。

1.核裂變:鈾-235是自然界中存在的一種易于發生裂變的元素。當使用一個中子轟擊鈾-235原子核時,這個原子核能分裂成兩個較輕的原子核,同時產生23個中子和β、γ等射線,并放出能量。如果新產生的中子又打中另一個鈾—235原子核,引起新的裂變。以此類推,這樣就使裂變反應不斷地持續下去,這就是鏈式裂變反應。在鏈式反應中,核能就連續不斷地釋放出來。目前建成的核電站原理是利用又鈾的裂變能。

2.核聚變:1938年發現鈾核裂變的前5年,人們就已經發現了核聚變。都帶正電的原子核間由于核力的作用既彼此吸引又互相排斥,當兩個帶正電的原子核互相接近時,它們之間的靜電斥力也越來越大。當兩個原子核之間相距只有約3x10-12(萬億分之三)毫米時,它們之間的吸引力才會大干靜電斥力,兩個原子核也才可能聚合到一起同時釋放出巨大的能量,這就是核聚變。只有較輕的原子核才能產生聚變。與核裂變相比,核裂變發電有著更多的優點:

與核裂變相比,核裂變發電有著更多的優點:1.能量大  2.資源豐富  3.成本低  4.安全、無污染。核能發電利用核反應堆中核裂變所釋放出的熱能進行發電的方式。它與火力發電極其相似。其具體過程為:核能→水和水蒸氣的內能→發電機轉子的機械能→電能。核能發電的能量來自核反應堆中可裂變材料(核燃料)進行裂變反應所釋放的裂變能。裂變反應指鈾-235、钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片,同時放出中子和大量能量的過程。反應中,可裂變物的原子核吸收一個中子后發生裂變并放出兩三個中子。若這些中子除去消耗,至少有一個中子能引起另一個原子核裂變,使裂變自持地進行,則這種反應稱為鏈式裂變反應。實現鏈式反應是核能發電的前提。 但是要用反應堆產生核能,需要解決下列問題:為核裂變鏈式反應提供必要的條件,使之得以進行。鏈式反應必須能由人通過一定裝置進行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發電,還會釀成災害。裂變反應產生的能量要能從反應堆中安全取出。裂變反應中產生的中子和放射性物質對人體危害很大,必須設法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。

與傳統的火力發電相比,利用核裂變所產生的能量發電具有無可比擬的優勢,其具體體現在以下幾個方面:

1)高能效——鈾是高能量的核燃料,1千克鈾可供利用的能量相當于燃燒2050噸優質煤,其能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍。

2)核電站是非常清潔的能源,不排放這些有害物質也不會造成"溫室效應",因此能大大改善環境質量,保護人類賴以生存的生態環境。

3核能具有巨大的能量,具有經濟性。核電站的基本建設投資一般是同等火電站的一倍半到兩倍,不過它的核燃料費用卻要比煤便宜得多,運行維修費用也比火電站少,如果掌握了核聚變反應技術,使用海水作燃料,則更是取之不盡,用之方便。

4世界上有比較豐富的核資源,具有可持續發展性。核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等。輕核聚變的燃料是氘和鋰,1升海水能提取30毫克氘,地球上的鋰儲量有2000多億噸,鋰可用來制造氚,足夠人類在聚變能時代使用。

正如世間沒有完美的事物,核能的開發與利用是一把雙刃劍,一旦造成放射性污染,后果不堪想象。核能的開發與利用是一把雙刃劍,一旦造成放射性污染,后果不堪想象。核電站在正常運行期間,不可避免地要向環境排放放射性污染物。核電站排放的氣態放射性污染物包括:85Kr133Xe135Xe131I133I90Sr137Cs14C 以及3H ;液態放射性流出物包括:3H54Mn58Co60Co110Ag124Sb131I90Sr134Cs 137Cs 等,這些放射性核素排放至海里將對生態環境帶來一定程度的影響。放射性污染具有以下特性:

1)與一般化學毒害物質污染不同,放射性污染通常是無嗅無色,其放射性與物質的化學狀態無關,很不容易察覺。

2)每一種放射性核素都有一定的半衰期,不因氣壓、溫度而改變。有的放射性核素的半衰期極長,而有些則只有幾分鐘甚至幾秒。對于短半衰期(小于1-10 年)的放射性核素通常采取隔離,讓其自然衰變就可以減少放射性污染。因此,科研人員關注更多的是,半衰期超過10 年的放射性核素在環境中的污染行為。

3)通常放射性核素都能發射出具有一定能量的一種或幾種射線(αβγ 射線)。除了核反應條件外,任何化學、物理、生物的處理都不能改變放射性核素的性質,但放射性核素能隨著介質的擴散或流動在自然界中遷移,并進入植物、動物、人體內被吸收、富集。

4)放射性核素被動物和人體吸收富集后,其電離輻射會引起生物組織內分子和原子電離,破壞組織中的大分子結構,威脅健康。其損傷方式有急性的,但多數情況下為慢性的、隱性的(遠期效應、軀體效應、遺傳效應),往往不易察覺,所以必須要預先排查,防患于未然。

核能的開發與利用是一個世界范圍的議題,西方發達國家比我們更早地意識到潛在的污染與問題。不少發達國家的核能開發與利用比我國早起步10-20 年,隨之而來的放射性污染也較早地出現,為此,必須要重視放射性核素與環境關系的研究。

與傳統化石能源以及太陽能、風能等新能源相比,核能擁有高效、清潔、經濟等諸多優點。從以上論述來看,對核能的開發與利用可以有效地解決人類能源緊缺的問題,自然界中豐富的核資源也可以免去人們對于能源枯竭的擔憂。核電站的基建費用是火力發電廠的1.52倍,但其運行成本及維修費用卻比火力發電廠要便宜不少,再加上原料成本等因素綜合考量,利用核能技術發電可以大大節約成本。與擁有核技術的其它國家相比,我國對核能的研究起步較晚,從核電發展總趨勢來看,中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確并正在執行,當前發展壓水堆,中期發展快中子堆,遠期發展聚變堆。在發展核技術的同時,不能忽視的一點是核技術帶來的放射性污染,目前世界上還沒有能有效解決和污染的方法,因此在發展核技術的同時也不能放松對放射性污染與環境關系的研究。

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