核能的开发和利用

核能的开发和利用

1、核能的来源

从1932 年发现中子到1939 年发现裂变，结果经历了七年之久才把巨大的裂变能从铀核中解放出来。它同已知的只有几个电子伏的化学能相比要大几百万倍，而同一般的核反应能相比也要大十倍左右。科学家们为了能很好利用它，就需要设法找到产生这种巨大能量的根源。

早在发现放射性和放射性核素的初期，人们从贝克勒尔和皮埃尔·居里曾经被镭射线烧伤过皮肤的现象中觉察到，各种射线的确具有很大能量。例如，铀原子核衰变能量要比碳原子化合时所释放的能量大两百万倍。而人类对各种化学能的应用早就开始了，但对放射能的实际应用却迟迟不得实现。这是由于这些放射能的释放过程非常缓慢，也就是说这些天然放射性核素哀变时的能量释放率太小，故没有开发应用的价值。即使这样，科学家们还是对放射能的来源问题很感兴趣。从唯物主义者对物质世界的认识论观点出发，各种能量都不能凭空臆造或无中生有，它只能隐藏在物质之中。

当时人们已知原子是组成物质的最小单位，因此很自然地认为放射能是存在于原子内部。那是在1903 年，当卢瑟福研究了α射线的能量后曾经指出：“这些需要加以思考的事实都指向同一个结论，即潜藏在原子里面的能量必是巨大无比的”。所以至今人们仍把放射能叫做“原子能”。

然而，随着核科学的不断发展，在1911 年，卢瑟福又发现了原子中存在着某一核心部分，即找到了原子核。并从它的特性中知道，原子质量的绝大部分都集中在原子核上。这样，人们就认为原子核中储藏着巨大能量的说法更能反映客观实际。而放射能实际上也就是由于原子核自身发生变化时所释放出的能量。另外，原子能的提法又很容易和化学能相混混淆，所以把放射能称之为“核能”更符合实际情况。

但是，有些唯心论的学者曾经企图从原子核的放射性衰变现象中，作出物质似乎可以转变为能量的错误结论。他们认为，在放射性核素的衰变过程中，物质似乎消失了，而能量却无中生有了。然而，随着核科学的迅速发展，很快就驳斥了唯心论者的谬误。这就是在1905 年，由杰出的天才理论物理学家爱因斯坦发现了能量和质量关系式后才实现的。他是一个出生在德国，后来先后加入过瑞士和美国国籍的犹太人。他所提出的“狭义相对论”理论不仅能证实能量转变和守恒定律的正确性，而且完全适用于核衰变的过程。根据他对各种运动物体的观察(特别是那些作高速运动的物体)和分析的结果。发现随着物质运动速度的增大，特别是接近光速(每

秒30 万公里)时，运动物质在运动方向上的长度(即由静止观察者所测得的长度)就越来越短；而其质量却越来越大。

根据爱因斯坦的相对论理论，对于高速运动的电子(如阴极射线)，它的运动速度已很接近光速，为260000 公里／秒。此时电子质量可猛增到原来的两倍。这一结果由德国物理学家布赫雷尔在1908 年直接从实验测量中得到证明，且和爱因斯坦的理论预测值刚好相一致。由此不难看出，能量的增加并不意味着质量的减少。相反实际上物体运动速度加快后，不但能量增加，而且质量也变大。这就驳倒了唯心论者认为放射性现象的发现，物质似乎可以转变为能量的错误说法。微观世界中的这种奇妙现象再次证明了“自然界中的一切运动都可以归结为由一种形式向另一种形式不断转化的过程”和“把能量理解为物质的运动”的精辟见解的正确性。另外，爱因斯坦在自己论述相对论的论文中，又大胆地用一个非常简单的关系式E＝mc?，把以前一直认为相互毫无关系的、性质也截然不同的质量和能量连结在一起。公式表示了能量和质量间互相换算的数量关系，即质量和能量是互为正比关系的。但这决不表示能量就是质量或能量和质量间相互可以转化。我们知道能量是物质运动的量度，它和物质运动的状态有关，是物质的一种属性；而质量是物质惯性和引力的量度，它也和物质的本性有关，是物质的另一种属性。

例如，我们可从质能公式算得一克质量所相当的能量为九万亿亿尔格。虽然尔格本身是一个很小的能量单位，但是九万亿亿个尔格相加起来相当于把1000 万吨重的东西提升到1 公里的高度，或可供一个100 瓦的灯泡点亮35000年。但是实际上人类对这种能量的利用率仅为千分之一左右，所以它是一种威力巨大无比的能源。正是由于这种微小质量与巨大能量在数值上有着天渊之别，才使得人们在自己的科学实验中，很长时期未能发现它们之间的关系。

而在一般化学反应中，与释放能量相对应的反应物质量也能稍微减少一点。然而，这个微小量的改变，人们几乎觉察不到。如果我们燃烧l 加仑(等于3.785 升)汽油，其相当的质量是2800 克。它在燃烧过程中与10000 克左右的氧气化合成二氧化碳和水，并能产生1.35 亿焦耳的能量，能驱动一辆汽车行驶25～30 公里路程。但从质能关系式中可看出，这些能量所相当的质量仅比百万分之一克略多一点。这就是说，最初参加化学反应的反应物重量是2800克加上10000 克等于12800 克。而反应后的生成物包括二氧化碳和水的重量是从12800 克中减去一个微小量(百万分之一克)。当时，十九世纪的化学家所用的测重仪是量不出这样微小变化的，所以那时科学家们都深信质量是永远守恒的。

2、核力和结合能

我们知道化学反应过程中所释放的能量，主要来源于把原子保持在分子中的力，这种力的大小与原子的外层电子分布结构有关。当两个以上原子合拢在一起组成分子时，各原子的电子云就会发生变化，将组成共同的电子云把分子中的所有原子核笼罩在一起。在此同时并释放出能量，通常称为化学结合能。所以化合物分子的能量总是低于它所包含的各原子能量的总和。

与此类似，隐藏在原子核中的核能，就是起源于组成原子核的核子(质子和中子的统称)之间的很强的作用力。特别是对于那些原子序数高的、质量大的原子核，它们聚拢着为数众多的质子和中子。例如第83 号元素铋，在核中有83 个带正电荷的质子和126 个不带电的中子，总共209 个核子彼此居然能挤成一团，在核内排列得如此紧密，也不因为质子间的静电斥力而飞散开来。那么核子间到底是由一种什么样的奇异力把它们连结在一起的呢？

当然，除了由电磁作用所造成的质子之间的静电斥力外，根据具有质量的物体之间的相互作用核子间还存在着万有引力。虽然核子间距离很小，可产生大的引力。但同时我们也知道，质子和中子的质量是那样微小，所以它们之间的万有引力一定是微不足道的，可略去不计。如果核内再也没有其它作用力的影响，那么比万有引力强10^37倍的电磁力，将使原子核处于极不稳定的状态，这样核内的质子势必因巨大的静电斥力向四面八方飞散开来。然而，事实恰恰相反，各种元素的原子核在自然界中都能稳定地存在着。质子不仅没有随便飞出核外，相反地还和中子紧密地结合在一起，这就意味着核子间必定还有另外一种远比电磁力强得多的吸引力。

由于中于不带电荷，故这种“力”一定不同于既包括吸引力，又包括排斥力的电磁相互作用力。当然更不同于微小的万有引力，而是一种特别强大的短程相互作用力，并被称作为“核力”。它也是目前所知的最强大的作用力，这种强相互作用也叫做第三种相互作用。虽然人们对其作用过程还不十分清楚，但核力本身却有着许多很明显的特性。

首先，它比电磁相互作用强130 倍左右。而且核力是必须在很小的距离内才能起作用的短程力。随着核子间距离增加，核力将迅速减弱，一日超出核半径，核力就很快下降到零。但是万有引力和电磁力都是长程力，它们的强度都随着距离的增加而减小，即和距离平方成反化。如能把地球和太阳之间的距离增加10 倍，那末万有引力就下降到原来的百分之一。所以即使相隔数百万公里，仍然可感受到万有引力和电磁力的作用，而决不会下降到零。

其次，除氢核仅由一个质子组成外，其它核中都包括质子和中子。核力不仅存在于质子间，而且在中子间或中子和质子间都有核力存在，它们所表现的性质也基本相同。此外，从它们之间的结合能进行分析比较，发现它们的数值几乎是相等的。由此可得强大的核力近似和电荷无关。

最后，核内所有核子之间并不是都有核力相互作用的。也就是说在核中，某个核子只与相互邻近的数目有限的几个核子之间存在着核力的作用。而与那些远离的核子之间不发生任何作用，这种现象被称为核力的饱和性。相比之下，库仑力的范围就要大得多，而且也不受带电粒子数的限制，故是一种不会饱和的长程力。

当然，如果假设核力不存在饱和性，这样由于核子间强相互作用，使得核子数多的原子核，核子间的排列就更紧密。也就是说，质量数越大的核，其单位体积内聚拢的核子数也越多。这样就和前面所述，原子核单位体积中的平均核子数与质量数无关的结论发生矛盾。由此可知，核力确是具有饱和性的。

此外，核力与核子的自旋等也有关。但是核力的性质至今尚未完全搞清，这是有待于核科学家们继续解决的难题。然而值得注意的是，对核质量作精确测定时，发现它总比核所包含的质子和中子质量之和要小。这就表明，单个核子的质量和要比多个核子结合成核的质数致大。即由于核子间强大的核力作用，迫使核子间排列得很紧密，结果发生了质量减小的现象。为此，核科学家把核子结合前后的质量差值，称作谓核的“质量亏损”。例如，氦核是由4 个核子(2 个质子和2 个中于)所组成，2 个质子的质量加上2 个中子的质量2×1.007875+2×1.008665＝4.032980u，而质谱仪测得的氦核质量为4.002603u，这样结合前后的质量亏损

4.032980-4.002603＝0.030377u。根据爱因斯坦的质能公式，把氦核的质量亏损换算成能量为28.30 电子伏。就单个氦核而言，此数值可能很小。然而，我们如能形成1 克氦，则所释放的能量将大得惊人，相当于190000 千瓦小时电能。

后来，人们通常把这种由核子结合成原子核时所放出的能量叫做核的总结合能。它随原子核中的核子数不同而不同，即核子数越多，则核的总结合能也越大。另外，为了便于对各种原子核的结合能进行比较，往往采用每个核子的平均结合能更为有利，有时也称它们比结合能。

在科学家们利用质谱仪对各种元素的核质量精确测定后，就能方便地从质量亏损计算出不同核的总结合能。发现它们随着核子数的增加，总结合能也不断增加。如果把质量数作为横坐标，而纵坐标为对应的比结合能，就可得到核的比结合能曲线。

显然由单个核子所组成的氢核(一个质子)，其结合能为零。而质量数低于20 的核，它们的比结合能变化比较复杂，并出现了几个值得注意的峰值。其中氦、碳、氮和氧的比结合能峰值分别为7.08，7.69，7.48 和7.98 兆电子伏。相反锂和重氢(氖核)的比结合能都很小，分别为5.34 和1.12 兆电子伏。随着质量数的增加，在40～100 之间的最大比结合能约为8.7 兆

电子伏。当质量数再大时比结合能又逐渐下降，直到铀核以后降为7.6 兆电子伏左右。此现象也证明了核力的饱和性。

随着核内核子数的改变，各种原子核结合的紧密程度是不一样的，这可从它们不同的比结合能上反应出来。由此可得出两种利用核能的途径：

一种是核分裂法或称核裂变法，即把比结合能比较小的重核，设法分裂成两个或多个比结合能大的中等质量原子核，即可释放出核能。

例如，将铀核用中子轰击裂变成钡和镧。裂变前铀核的比结合能为 7.6 兆电子伏，而裂变后的中等核，其比结合能为8.5 兆电子伏，两者相差0.9 个兆电子伏，而铀核有235 个核子，则总的能量差值就为200 百万电子伏左右。实际上铀核裂变时，还要放出2～3 个中子，除去这部分能量后，即可得200 兆电子伏左右的裂变能。

这就是1939 年，梅特涅和她侄子弗里施等人一起发现的铀核裂变现象，并测得200 兆电子伏左右的裂变能。另一种核能利用途径是合成法或称聚合法，即把比结合能较小的轻核，例如氘和氚，在特定的条件下把它们聚合成一个比结合能比较大的氦核，此时也可释放出比裂变能还要大几倍的能量。这种核反应过程通常称为聚变反应，由于它需要在几千万摄氏度温度的条件下才能实现，故又称为“热核反应”。

这种反应的实际例子是在1938 年，分别由德国出生的美国物理学家贝特和德国天文学家魏扎克各自独立发现的。即他们发现太阳上的氢核在十亿摄氏度的温度下聚变成氦核，并释放出27.6 兆电子伏能量。它是太阳能够在过去大约四十六亿年里不停地向地球辐射能量的重要依据，而且还能像目前那样继续辐射五十亿年。为此，人们不必为太阳能的枯竭而担心。

即使这样，太阳上热核反应所消耗的氢核数量仍然大得惊人，计算表明，每秒钟内约有六亿五千万吨氢聚合成氦，相应地每秒约有四百六十万吨质量消失掉，它们转换成巨大的辐射能普照宇宙和大地，为地球上的万物生长和人类的美好生活提供了必要的条件。

核世界奥秘的探索

发射轰击粒子的“原子炮”

卢瑟福在首次人工核反应中，作为炮弹用的α轰击粒子是来自天然放射性元素镭的衰变产物。因它能量较小，故只能与氮、镁和铝等少数轻元素发生核反应。另外在实验中发现许多α粒

子都毫无目标向四面八方乱射。这就好像劣等炮手操炮时不加瞄准，盲目发射炮弹，结果很少击中目标一样。例如，对氮核而言，需用30 万个α粒子才有一个氮核被击中；同样，如用铝核作靶子，则需用12 万5 千个α粒子轰击才有一个铝核被击中发生核反应。由此可知，这种天然放射性所发射的α粒子命中率实在太低，而且从能量和强度方面看也太弱，因为放射α粒子的镭盐实在太少了，当时都是以毫克来计量的。所有这些弱点，都严重地影响核反应实验的进行。

但是，科学家们为了揭开原子核内部的秘密，往往像小孩子为了想知道有趣玩具内部的奥妙，经常把玩具拆开那样，总想把原子核打开来看个究竟。于是他们就设法把更多的粒子(如氢核和氦核等)用来作为轰击原子核的炮弹，并把它们装填在能产生极快速度，又能按照指定方向发射的“原子炮”中，以准确命中更多的原子核，产生各种各样的核反应。

就在1928 年，生于俄国的美国物理学家盖莫夫提出了用质子替代α粒子作为炮弹的设想。由于质子本身所带的电荷少，因此与核相互作用的静电斥力也小。这样即使能量比较小的质子(能量为50～60万电子伏)，它也能克服库仑每秒一千万到十亿个，而每秒一个毫安的质子流可获得的质子数就比α粒子流要大一百万倍左右。

另外，质子也比较容易取得，只要把普通的氢原子剥去一个电子后就成为质子。这样带正电荷的质子又能方便地被电场加速，使它的能量能大大地提高。为此，物理学家会同机械设计师一起开始设计制造这种能够加速粒子的机器，人们习惯上称它为“粒子加速器”或“原子炮”。

就在1930 年前后，英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿一起建造了第一台粒子加速器。它是利用高压电极上的高电势，对离子源所发射的质子流，在抽真空的加速管中被加速，最后打在靶子上，同靶原子核发生核反应。这实际上是一台倍压加速器，当时他们在五级加速电极之间加上80 万伏高电势，获得了能量约为70 万电子伏特的质子流，最后被打在锂7 靶上。所产生的核反应仍用硫化锌制成的荧光屏进行观测。结果发现每10 亿个质子中就有一个质子打中锂核产生反应，形成一个具有4 个质子和4 个中子的不稳定中间核。然后，分解成两个氦核。

从上式可看出，核反应的最终结果生成了两个α粒子。根据力学定律，它们应该带着相同的能量，向相反方向飞出，这可从威尔逊云室所摄取的照片上所观测到的向相反方向成对飞出的α粒子径迹得到验证。另外，根据它们在空气中的射程(为8.4 厘米)，求得其能量各为8.8 兆电子伏。

由此可见，核反应结果所得能量竟然是入射质子能量0.7 兆电子伏的25 倍。这就预示着人们将可从核反应过程中取得巨大的能量。

而另外一种加速器是在1931 年由美国物理学家范德格喇夫建造而成的。他突破了倍压加速器在高电压上的限制，首先应用动带式静电起电机获得了高达1.5 百万伏电势差。后人为了纪念他，就把这种类型的粒子加速器称作为范德格喇大静电加速器。其主要部件高压电极的直径1～2 米。而到了1933 年已大到4.57 米；1936 年达10 米。但最高电压都不超过3 兆伏。1940 年后又提高到5 兆伏。后来在结构上又作了很大改进，在1955 年发展成为串列式静电加速器，每一级为10 兆伏，二级为20 兆伏，三级则为30 兆伏。质子流强为4 微安。由于它具有加速能量高、束流品质好、能量稳定度高等优点。所以一直是原子核物理实验研究工作不可缺少的工具。

与此同时，其它各种类型的“原子炮”也得到了飞速发展。其中最著名的是美国物理学家劳伦斯在1931 年设计制造了第一台用来加速离子的回旋加速器，它的工作原理是被加速的带电粒子在两个扁平的“D”形盒中作圆周运动。D 形盒内部是抽高真空的，被加速粒子的圆周运动是由磁场作用所造成的。只有当带电粒子通过交变电场时才能被不断加速获得能量。劳伦斯的第一台回旋加速器的磁极直径只有10 厘米，加速电压为2000 伏，能把氢离子加速到8 万电子伏。到了1932 年，他把直径增大到27 厘米，质子能量可加达到1.2 兆电子伏；1993 年，磁极直径已达1.5 米，磁铁重220 吨，能把质子核氘核分别加速到10 和20 兆电子伏。束流强度可达每秒6 兆亿个氘核，所以说加速器的效能的确是十分巨大的。

但是，回旋加速器却不能加速质量极小的电子。而世界上第一台用于加速电子的电子感应加速器是在1940 年建成的，当时只能把电子加速到2.3 兆电子伏。1942 年建成20 兆电子伏的电子感应加速器。到了1945 年，电子能量又提高到100 兆万电子伏。而目前世界上最大的一台电子感应加速器能把电子加速到315 兆电子伏。

除此以外，在加速器的类型中还有直线加速器。随着微波技术的发展，1947 年已经开始建造行波电子直线加速器和驻波质子加速器，它们分别能把电子加速到22000 兆电子伏；把质子加速到800 兆电子伏。

近年来，世界上工业和科学技术发达的美冈和苏联，它们把加速器越作越大。其中高能环形加速器的直径达2 公里；直线型加速器的长度超过2 公里，被加速质子的能量高达5000 亿电子伏。这就是英国在1969～1972 年间建成的世界上最大的加速器。它的磁铁重达900O 吨。电力消耗峰值为5 万千瓦。而当今国际上还在倡议建造世界性的大加速器，直径将近20 公里，加速能量十万亿电子伏。它比目前最大的加速能量大20 倍，总投资达20 亿美元。

总之，在建造原子炮的过程中，为了能获得高能量的“炮弹”，其耗资是十分惊人的。而且在加速“炮弹”过程中也要消耗巨大的能量。就被命中靶核的单发“炮弹”而言，它有可能

通过核反应把更大的能量释放出来。即使这样，原子炮本身仍然存在着打不准、效率低的问题，千万发“炮弹”中只有一发能命中靶。当然，作为靶子的原子核本身其体积十分微小，确实不易被瞄准。加上靶核所带的正电荷对炮弹有静电排斥作用，即使把靶子做得很厚使靶核数大大增加也无济于事。这是因为被加速器加速的带电粒子所携带的能量，在靶子的表面层内很快被消耗殆尽，仅能深入1 毫米后就停止不前了。所有这一切，使得科学家们希望能够找到命中率更高的炮弹。1932 年中子的发现，实现了这个愿望。

核物理学

核物理学又称原子核物理学，是20 世纪新建立的一个物理学分支。它研究原子核的结构和变化规律；射线束的产生、探测和分析技术；以及同核能、核技术应用有关的物理问题。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。

核物理学的发展历史

初期 1896 年，贝可勒尔发现天然放射性，这是人们第一次观察到的核变化。现在通常就把这一重大发现看成是核物理学的开端。此后的40 多年，人们主要从事放射性衰变规律和射线性质的研究，并且利用放射性射线对原子核做了初步的探讨，这是核物理发展的初期阶段。

在这一时期，人们为了探测各种射线，鉴别其种类并测定其能量，初步创建了一系列探测方法和测量仪器。大多数的探测原理和方法在以后得到了发展和应用，有些基本设备，如计数器、电离室等，沿用至今。

探测、记录射线并测定其性质，一直是核物理研究和核技术应用的一个中心环节。放射性衰变研究证明了一种元素可以通过衰变而变成另一种元素，推翻了元素不可改变的观点，确立了衰变规律的统计性。统计性是微观世界物质运动的一个重要特点，同经典力学和电磁学规律有原则上的区别。

放射性元素能发射出能量很大的射线，这为探索原子和原子核提供了一种前所未有的武器。1911 年，卢瑟福等人利用α射线轰击各种原子，观测α射线所发生的偏折，从而确立了原子的核结构，提出了原子结构的行星模型，这一成就为原子结构的研究奠定了基础。此后不久，人们便初步弄清了原子的壳层结构和电子的运动规律，建立和发展了描述微观世界物质运动规律的量子力学。

1919 年，卢瑟福等又发现用α粒子轰击氮核会放出质子，这是首次用人工实现的核蜕变(核反应)。

此后用射线轰击原子核来引起核反应的方法逐渐成为研究原子核的主要手段。在初期的核反应研究中，最主要的成果是1932 年中子的发现和1934 年人工放射性核素的合成。原子核是由中子和质子组成的，中子的发现为核结构的研究提供了必要的前提。中子不带电荷，不受核电荷的排斥，容易进入原子核而引起核反应。因此，中子核反应成为研究原子核的重要手段。在30 年代，人们还通过对宇宙线的研究发现了正电子和介子，这些发现是粒子物理学的先河。

20 世纪20 年代后期，人们已在探讨加速带电粒子的原理。到30 年代初，静电、直线和回旋等类型的加速器已具雏形，人们在高压倍加器上进行了初步的核反应实验。利用加速器可以获得束流更强、能量更高和种类更多的射线束，从而大大扩展了核反应的研究工作。此后，加速器逐渐成为研究原子核和应用技术的必要设备。

在核物理发展的最初阶段人们就注意到它的可能的应用，并且很快就发现了放射性射线对某些疾病的治疗作用。这是它在当时就受到社会重视的重要原因，直到今天，核医学仍然是核技术应用的一个重要领域。

大发展时期 20 世纪40 年代前后，核物理进入一个大发展的阶段。1939 年，哈恩和斯特拉斯曼发现了核裂变现象；1942 年，费密建立了第一个链式裂变反应堆，这是人类掌握核能源的开端。

在30 年代，人们最多只能把质子加速到一百万电子伏特的数量级，而到70 年代，人们已能把质子加速到四千亿电子伏特，并且可以根据工作需要产生各种能散度特别小、准直度特别高或者流强特别大的束流。

20 世纪40 年代以来，粒子探测技术也有了很大的发展。半导体探测器的应用大大提高了测定射线能量的分辨率。核电子学和计算技术的飞速发展从根本上改善了获取和处理实验数据的能力，同时也大大扩展了理论计算的范围。所有这一切，开拓了可观测的核现象的范围，提高了观测的精度和理论分析的能力，从而大大促进了核物理研究和核技术的应用。

通过大量的实验和理论研究，人们对原子核的基本结构和变化规律有了较深入的认识。基本弄清了核子(质子和中子的统称)之间的相互作用的各种性质，对稳定核素或寿命较长的放射性核素的基态和低激发态的性质已积累了较系统的实验数据。并通过理论分析，建立了各种适用的模型。

通过核反应，已经人工合成了17 种原子序数大于92 的超铀元素和上千种新的放射性核素。这种研究进一步表明，元素仅仅是在一定条件下相对稳定的物质结构单位，并不是永恒不变的。天体物理的研究表明，核过程是天体演化中起关键作用的过程，核能就是天体能量的主要来源。人们还初步了解到在天体演化过程中各种原子核的形成和演变的过程。在自然界中，各种元素都有一个发展变化的过程，都处于永恒的变化之中。

通过高能和超高能射线束和原子核的相互作用，人们发现了上百种短寿命的粒子，即重子、介子、轻子和各种共振态粒子。庞大的粒子家族的发现，把人们对物质世界的研究推进到一个新的阶段，建立了一门新的学科——粒子物理学，有时也称为高能物理学。各种高能射线束也是研究原子核的新武器，它们能提供某些用其他方法不能获得的关于核结构的知识。

过去，通过对宏观物体的研究，人们知道物质之间有电磁相互作用和万有引力(引力相互作用)两种长程的相互作用；通过对原子核的深入研究，才发现物质之间还有两种短程的相互作用，即强相互作用和弱相互作用。在弱作用下宇称不守恒现象的发现，是对传统的物理学时空观的一次重大突破。研究这四种相互作用的规律和它们之间可能的联系，探索可能存在的靳的相互作用，已成为粒子物理学的一个重要课题。毫无疑问，核物理研究还将在这一方面作出新的重要的贡献。

核物理的发展，不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据，从而提高了核能利用的效率和经济指标，并为更大规模的核能利用准备了条件。人工制备的各种同位素的应用已遍及理工农医各部门。新的核技术，如核磁共振、穆斯堡尔谱学、晶体的沟道效应和阻塞效应，以及扰动角关联技术等都迅速得到应用。核技术的广泛应用已成为现代化科学技术的标志之一。

核能的利用与发展

核能的利用与前景 摘 要 本文简要介绍原子核的质量亏损和结合能、核子的平均结合能与规律等核能利用原理及核能发电、供热的应用，并对核能聚变前景进行展望。 关键词 核能 质量亏损 结合能 1、引言【1】 人类赖以生存的地球,正在超负荷运行。不仅人口在增长,而且社会发展对能源的需求正以惊人的速度增长。而靠大量燃烧石化燃料获得能源的同时,也给现代社会带来了许多难以解决的灾难性问题：能量资源短缺,森林植被遭破坏,大气、水系、土壤被污染,二氧化碳增多导致的温室效应使自然灾害增多等等。在保护和改善环境的前提下开发利用新兴能源,是人类生存和社会发展的必然趋势。20世纪30年代,随着对原子核研究的深入,人类发现了原子核内蕴藏着巨大的可开发的能量,并开始和平利用原子能的研究。经半个多世纪的努力,迄今世界上已有30多个国家建造核电站440多座,发电量占全球的18%。与火电相比,核电是廉价、洁净、安全的能源。随着将来受控热核聚变的成功,核能必然成为未来的能源支柱。 2、原理 2.1、原子核的质量亏损和结合能【1】 原子核都是由质子和中子组成的,质子和中子统称核子。实验数据发现任何一个原子核的质量总小于组成它的所有核子的质量和,也即核子在组成原子核的过程中,发生了质量亏损,其亏损等于核子结合为核时质量的减少,用△M 表示。 根据爱因斯坦质能方程2E mc =,可知自由核子在结合成原子核时要释放能量,这个能量称为原子核的结合能B 。2()p n B ZM NM M C =+-,其中M p 、M n 、M 分别为质子、中子、原子核的质量。 2.2、核子的平均结合能与规律【1】

质子和中子结合为原子核时放出 的总能量除以质量数A,称为核子的平 均结合能E 。其物理意义是自由核子结 合成原子核时平均每个核子释放的能 量;也可以理解为核分散成核子时,外 界必须对每个核子作功的平均值。E 的 大小可以表征原子核稳定的程 度。平均结合能越大，表示这些 原子核越稳定。核子数较小的轻 核与核子数较大的重核，平均结 合能都比较小，中等核子数的原 子核，平均结合能较大，表示这 些原子核较稳定。当平均结合能 较小的原子核转化成平均结合 能较大的原子核时，就可释放核 能。 图1中表示出各种不同核的平均结合能对质量数A 的分布曲线。从曲线图分析可知中等原子核的平均结合能较大,轻核和重核的平均结合能较小。这说明当一个重核分裂成两个中等质量的原子核时或者当两上很轻的核聚合成一个较重的核时,将有能量的释放,此能即为原子能,又称核能。重核的裂变和轻核的聚变是获取原子能的两条主要途径。 2.3、核裂变【2】 核裂变，又称核分裂，是指由重的原子（铀y óu 或钚b ù）分裂成较轻的原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站或是核能发电厂的能量来源都是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见，加 热后铀原子放出2到4个中子，中子再 去撞击其它原子，从而形成链式反应而 自发裂变。如图2所示。 2.2、核聚变【2】 核聚变是指由质量小的原子 （主要 图1：平均结合能图 图3 ：核聚变示意图 外来中子 铀-235 裂变 辐射 中子 链式裂变反应 图3：裂变反应示意图

马克思主义基本原理-核能对人类社会发展的影响

核能对人类社会发展的影响 刘xx （北京理工大学机械工程及自动化 xxxxx） 摘要核能是一种高效、清洁的能源。介绍了核能的发展历史以及产生的基本原理。核能在核电站、医疗、核动力装置、核武器的相关技术原理，还有核能在这四个方面对人类社会生产、生活、管理、建设的影响。 关键词核能核电站医疗核动力核武器 从古至今，人类都在消耗能源，各种各样的能源，最常见、使用最长久的就是化石燃料，包括木材、煤矿、石油等，到近代人类发现了中子撞击铀会产生巨大的能量，于是乎核能产生了。 1 核能产生原理 首先先介绍一下核能（Nuclear Energy）的概念，核能又称为原子能，是由组成原子核的粒子之间发生的反应，转化其质量从原子核中释放出的能量。 1905年，阿尔伯特·爱因斯坦提出狭义相对论，之后作为推论，又提出质能方程E=mc2，（其中E=能量，m=质量，c=光速常量）。 原子核是由中子和质子构成。每个中子和质子都有自己的质量。但一个原子核的质量不完全等于每一个中子和质子的质量和。这两者的质量差根据爱因斯坦的质能方程，可以算出由中子和质子形成原子核的过程中释放的能量。 当重原子裂变成两个或多个原子时，生成原子的结合能总和会大于原来重原子所具有的结合能，此间的差值便会以热能的形式释放出来，这便是核裂变反应。反之，当几个轻原子结合，合成原子的结合能大于原本所有原子结合能之和，这便是核聚变反应放出能量的来源。总的来说：核能是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，自然的慢得多的裂变形式。 原子能比化学反应中释放的热能要大将近5千万倍：铀核裂变的这种原子能释放形式约为200，000，000电子伏特，而碳的燃烧这种化学反应能量仅放出4．1电子伏特。 核能是人类历史上的一项伟大发现，但是由于其巨大的能量具有强大的应用潜力如果应用不当，落入反和平人士的手中，其高强度能量就有可能成为全人类的灾难。核能就像是一个天使与魔鬼的结合体，人类一直在寻找一种途径能够通过利用核能解决日益加剧的能源短缺问题，但是有震慑于它的可怕威力，稍不注意就会造成难以估量的损失（日本福田核电站事件）。 核能在社会发展（社会生产、管理、建设、生活）中发挥了巨大的作用。目前而言，核能的应用主要集中在核电站、医疗、小型核动力装置、核武器这四种形式。 2 核能发电

核能开发给人类带来的利与弊

核能应用作为缓和世界能源危机的一种有效的措施是有许多的优点的：他的燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍；1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量；一座100万千瓦的大型烧煤电站。每年需原煤300 ~400万吨，运这些煤需要2760列火车。同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3%的低浓缩铀燃料28吨；每一磅铀的成本。约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0.001美元左右，这和目前的传统发电成本比较，便宜许多；而且，由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍半到两倍，不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少，如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之方便。 还有就是安全性强。从第一座核电站建成以来全，世界投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。虽然有1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，但这两次事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进，核电站有可能会变得更加安全。 当然核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，核燃料不是一种日常生活燃料，不像石油一样会引发战争。也不会受到经济等因素的影响，成本来源较其它发电方法为稳定。 最重要的就是污染小，对环境没有很高的污染负荷。火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质。当然煤炭的燃烧也少不了二氧化碳的排放，这是目前严重污染问题之一温室效应的根本原因，没有二氧化碳，大大减少了温室气体的排放，温室效应业将一步得到缓解。同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境。而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。 虽然核能的发展有许多优点，但是我们普通人对核电站的认识基本偏向负面。人们担心的核电站容易发生最大的问题就是安全问题。当然，核电站相关工作人员应对此负有一定的责任，他们过于强调核电的安全性，这样反而难以得到广大民众的理解。.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。我们害怕发生像切尔诺贝利事故一样的灾难，有一些环境论者还指出从事核电生产的人曾有产下畸形儿的先例。或者核电站附件的农家出现了畸形牲畜等等。这些事实是不容忽视的，倘若大型核电站泄露甚至爆炸，那这种效果不亚于核武器战争的爆发，地球也就意味着走向了死亡。 而且核能电厂产生的高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，都具有放射性，必须谨慎处理，否则还可能引发政治问题、政治分歧等。 还有一个不得不说的是，发展核能的投资成本巨大，所以电力公司的财务风险也就大大提高。若建造一个核电站未能成功运行或失败，那损失是会很大的。而且一些发展中国家并不是不想发展核能，但迫于经济等原因，计划就会被搁置，这就造成了世界能源分布不均。 核能电厂也不适宜做尖峰、离峰之随载运转。虽没有化石燃料场污染物多，但热污染较严重。与化石燃料场一样，还要考虑地理天气等因素。

核能开发利用及对环境的污染

核能的开发利用及对环境的污染 能源是人类社会和经济发展的保障性资源，同时能源问题也是世界性的问题。目前人类所使用的能源主要是化石能源，自19世纪70年年代产业革命以来，化石燃料的消费量急剧保持增长，90%以上的世界经济活动所需的能源都依靠化石能源提供，由于大量消耗，这类资源正趋于枯竭；同时化石燃料的大规模利用也带来了严重的环境污染，导致了温室效应和全球气候变暖等一系列环境问题。能源危机与环境危机日益紧迫，寻找新的清洁、安全、高效的能源是人类所面临的共同任务。 现代社会中，除了煤炭、石油、天然气、水力资源外，还有许多可利用的能源，如风能、太阳能、潮汐能、地热能等等，但是由于技术问题和开发成本等因素，这些能源很难在近期内实现大规模的工业生产和利用；而核能是一种经济、安全、可靠、清洁的能源，同各种化石能源相比起来，核能对环境和人类健康的危害更小，这些明显的优势使核能成为新世纪可以大规模使用的安全和经济的工业能源。从20世纪50年代以来，前苏联、美国、法国、德国、日本等发达国家建造了大量的核电站，由于核电具有巨大的发展潜能和广阔的利用前景，和平发展利用核能将成为未来较长一段时期内能源产业的发展方向。 一．核能发展的简单历程 人类对核能的现实利用始于战争。核能的战争用途在于通过原子弹的巨大威力损坏敌方人员和物资, 达到制胜或结束战争的目的, 目前人类对核能的开发利用主要是发展核电, 相对与其他能源, 核能具有明显的优势。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代，1954年，前苏联建成电功率为5000kW 的实验性核电站；1957年，美国建成电功率为9万kW 的希平港原型核电站；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和原型核电机组称为第一代核电机组。 20世纪60年代后期以来，在试验性和原型核电机组基础上，陆续建成电功率在30万kW 以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，它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：可与火电、水电相竞争。20世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的四百多座核电机组大部分是在这段时期建成的，称为第二代核电机组。 第三代核电设计开始于20世纪80年代，第三代核电站按照URD或EUR 文件或IAEA 推荐的新的安全法规设计，但其核电机组的能源转换系统（将核能转换为电能的系统）仍大量采用了第二代的成熟技术，预计一般能在2010年前进行商用建造。从核电发达国家的动向来看，第三代核电是当今国际上核电发展的主流。 与此同时，为了从更长远的核能的可持续性发展着想，以美国为首的一些工业发达国家已经联合起来组成“第四代国际核能论坛”（GIF），进行第四代核能利用系统的研究和开发。第四代是指安全性和经济性都更加优越，废物量极少，无需厂外应急，并具有防核扩散能力的核能利用系统，其目标是到2030 年后能进行商用建造。 二．核能的利用现状与核电的发展 1954年前苏联世界建成第一座发电功率为5000KW 的试验性核电站, 美国则在1957年12月建成了发电功率达90000KW的希平港压水堆核电站。20世纪60年代到70年代, 是世界各国经济快速发展时期, 电力需求也以十年翻一番的速度迅速增长, 此时, 核电的安全性和经济性得到验证, 相对于常规发电系统的优越性鲜明地显现出来, 给核电发展提供了一个广阔的市场。核电迅速实现了标准化、批量化的建设和发展。 国际原子能机构公布的一份报告显示, 立陶宛核能发电在全国发电总量中所占的比重接近80%, 这一比重在世界上是最高的。在世界主要工业大国中, 法国核电的比例高, 核电占国家总发电量的78%, 位居世界第二, 日本的核电比例为40%, 德国为33% , 韩国为30% , 美国为22% , 而我国仅为2%右, 发展空间很大。

辩论赛核能发展弊端反方论据一辩陈词

辩论赛核能发展弊端反方 论据一辩陈词 Last revision on 21 December 2020

开发核能源弊大于利 大家晚上好，今天的辩论赛我方观点的观点是：核能利用弊大于利。 我们都知道2011年3月11日，日本本州岛海域发生里氏级地震，然而众多媒体更关注的似乎不是地震本身的灾害，而是集中报道了日本福岛第一核电站的核事故，世人对核的紧张和忧虑再次被激起！ 人类到底该不该开发利用核能源在我方看来，人类不应该开发核能源，核能源利用弊大于利。 第一：核能是绿色能源吗 也许你会认为核能不会像煤炭和石油等化石燃料那样产生大气污染，也不会排放温室气体二氧化碳，其实事实完全相反。用于核电的原料之一是铀，铀浓缩设施需要依靠煤炭提供电力的工厂。这些工厂向大气排放了大量的的二氧化碳。此外铀浓缩过程还会排放大量氯氟烃，比二氧化碳强度高一万到两万倍的温室气体。此外由于核能发电热效率较低，故核能电厂的热污染较严重。而且，在核发电过程中，每年又要向空气和水中持续排放超过上千万居里的放射性同位素。 第二：核能是高效能源吗 核工业的真正经济价值从来就没有被认真地分析过，这其中包括铀浓缩的成本，发生核事故后的巨大经济索赔，拆卸到期反应堆成本，核原料和废料的运输和将放射性核废料储存25万年的所需费用。这些总和比获得的商业价值高10倍乃至百倍千倍！人类目前只是被核电站其燃料成本的低廉所迷惑！ 第三：核能的利用安全吗

其实历史上，核泄漏事件曾带来无穷无尽的灾难…… 1986年前苏联切尔诺贝利核电站发生爆炸，受污染面积达３９０万平方公里。在过去20年间，切尔诺贝利核事故受害者总计达900多万人！ 历史的教训告诉我们，核电站在运行时不能出半点差池。问题是" 人有失手，马有乱蹄"，我们对所有安全措施的严守都只能是为我们提供一种近似的而非彻底的安全。 第四：我们还有更好的能源！ 新能源中的光伏和风力发电更具优势。 作为全球第四大经济体，德国正在考虑永久放弃核能源转而制定了一个新的风电发展长远规划。法国是世界上核电发电比例最高的国家，但是其政府早在几年前就已决定淘汰核电，并制订了一个时间表逐步实现能源无核化！ 种种迹象都表明，核能开发弊大于利！现如今对核能的开发就是一种赌博！就以核电站为例，我们赌的是在现有设计方案完全正确，施工队伍完全按照标准施工，核电站寿命40年内电站工作人员无丝毫马虎，无任何大的自然灾害，无任何恐怖袭击，无任何军事打击！而我们的赌注却是我们子孙后代的幸福。然而大家又都知道小概率事件几乎是不会发生。几十年后，你的孙子告诉你，爷爷：我们输大了！

核能利用与发展论文

核能利用与发展趋势 学校：东北农业大学 学院：工程学院 班级：机化1302 学号： 姓名：

核能利用与发展趋势 Unclear energy utilization and development trend 摘要核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式，目前，我国核电已由起步进入发展阶段，具有自主设计建造第一代核电的能力，我国已做出积极推进核电发展的重大决定，加快我国核电建设，提高核电在电力供给中的比重，这将有助于缓解电力增民与交通运输的矛盾，核能利用的发展前景将越来越广阔。 关键词核能利用前景核能发展核电 1.核电概述 核能的发展和利用是20世纪科技史上最杰出的成就之一。它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，该方程式表明，质量和能量是等价的，其比例常数为光速的平方。在核能的利用中，核电厂的发展是相当迅速的，己被公认为是一种经济、安全、可靠、干净的能源，核动力技术在多数发达国家得到了巨大发展，也在很多发展中国家获得了广泛的认可。根据能源需求和能源生产结构，我国政府己制定了积极发展核电的方针，建设了秦山和大亚湾两大核电基地，中国核电建设的安全策略取得了成功。 2.核能发电 核能是原子核结构发生变化是释放出来的能量。目前人类利用核能主要有三种——重元素的原子核发生裂变和轻元素的原子核发生聚合反映时释放出来的核能或是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程，它们分别为核裂变能、核聚变能和核衰变。核裂变能 核裂变，又称核分裂，是指由较重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的（原子序数较小的）原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用钚-239为原料制成。而铀-235裂变在核电厂最常见。 重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，同时释放出数个中子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子，从而形成链式反应而自发分裂。原子核裂变时除放出中子还会放出热，核电厂用以发电的能量即来源于此。 由于每次核裂变释放出的中子数量大于一个，因此若对链式反应不加以控制，同时发生的核裂变数目将在极短时间内以几何级数形式增长。若聚集在一起的重核原子足够

核能的利用

核能的利用 摘要：核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。本文通过分析核能的简介、世界核能利用现状及核能在我国的发展，论述核能利用。 关键字：核能利用、核能现状、核能发展、核能简介 引言 人类的一切活动都离不开能源，能源是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要基础。1939 年原子核裂变的发现，开辟了核能利用的新时代.。特别是在能源结构从石油转入非油能源的新时期里，核能被认为是解决世界能源短缺的一种重要途径，可开发的核燃料资源所提供的裂变能、聚变能，可供人类大规模长时期的利用。核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。近年来，大力发展核电是许多国家在研究本国能源现状和前景之后,所采取的一种比较普遍的基本政策。 1、核能简介 1.1核能的发现 核能的发现凝聚了众多科学家的智慧和汗水。1932年，英国物理学家查德威克发现了中子，为人类提供了打开核能利用大门的一把钥匙，1939 年，费米利用中子轰击铀发现反应能产生中等重量的元素，居里夫人的女儿伊伦·居里进行了类似的研究，但得到了不同的反应产物。德国科学家哈恩重复他们的实验，证实中子轰击铀能产生重量为铀一半的元素，并确定它是钡，他的进一步工作证实了伊伦·居里实验的产物是镧。接着，流亡瑞典的奥地利女科学家迈特纳提出了铀核裂变的概念,并指出裂变能放出能量。为了能持续地放出核能,匈牙利物理学家西拉德最先考虑了链式反应发生的可能性。1939 年约里奥·居里夫妇等人，通过实验发现一个铀核(U - 235)裂变会释放出2—3个中子,用实验证实了链式反应的可能性。1941年12月到1942年12月,费米领导一批物理学家在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世界上第一座原子核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持链式反应的众多技术问题，这标志着核能和平利用

核能的评价与开发

核能的评价与开发 迄今为止，世界能源需求的85%来自燃烧煤、石油、天然气等化石燃料。大量燃烧化石燃料所产生的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳和颗粒物等，带来令人忧虑的环境问题。而且，这些化石物质消耗的迅速增长，使它们在地球上的储量面临枯竭的境地。目前，技术上已较成熟，且能大规模开发使用以提供稳定电力的惟有核能。 核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合爱因斯坦的方程E=mc2。核能有三种核反应：核裂变，打开原子核的结合力；核聚变，原子的粒子熔合在一起；核衰变，自然的慢得多的裂变形式。 核能应用作为缓和世界能源危机的一种有效的措施是有许多的优点的，同时又具有弊端。 核能的优点大致可以分为5点： 1、核能发电不像燃料发电那样排放大量的污染物质到大气当中，因此核能不会造成空气污染，可以说是目前较清洁的能源了。核电是清洁、低碳的能源，有利于保护环境。如果取代燃煤发电设备，1GW核电设备运行1年能避免排放560万吨CO2。 2、核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质。

当然煤炭的燃烧也少不了二氧化碳的排放，这是目前严重污染问题之一温室效应的根本原因，没有二氧化碳，大大减少了温室气体的排放，温室效应业今年一步得到缓解。同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站的周围，污染环境。而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。 3、核电的经济性优于火电以核燃料代替煤、石油和天然气，有利于资源的合理利用。， 4、核能是地球上储量最丰富的能源，又是高能量密集型的能源。核燃料能源密度比起化石燃料来高上好几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与存储都很方便，一座一千多万瓦的核能电厂一年只需要30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。 5、安全性高。从第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。虽然有1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，但这两次事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进，核电站有可能会变得更加安全。核燃料不是一种日常生活燃料，不想石油一样会引发战争。也不会受到经济等因素的影响，成本来源

核能发展的利与弊

核能发展的利与弊 吴瀚 中国石油大学（华东)信息与控制工程学院电气1605 1605030521 摘要：随着社会的发展，人们对于能源的需求越来越多，然而地球上的化石能源正越来越少，并且带来了许多环境问题。所以，我们继续一种新的相对清洁的能源，而核能恰好符合这些条件。诚然，核能作为新生事物，必然有其两面性。它所带来的运行与废料处理问题不容忽视，但我们可以加速技术的研发，解决这些问题，让核能能更好地为我们服务。 关键词：核能、利弊、发展历程、解决方法 引言：19世纪末，英国物理学家汤姆逊发现电子。从此，人们开始逐渐揭开原子核的神秘面纱。在1895年德国物理学家伦琴发现了X射线，紧随其后的是法国物理学家贝克勒尔于1896年发现了放射性。到了1898年居里夫人与居里先生发现放射性元素钋。经过三年又九个月的艰苦努力，居里夫人于1902年又发现了放射性元素镭。在1905年爱因斯坦提出质能转换公式，而到了1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子，之后，1935年英国物理学家查德威克发现了中子。1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象，从此，人们意识到隐藏在核内的巨大能量。于1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。1945年8月6日和9日美国的两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎，伴着巨响，核能终于为世人所熟知。1954年苏联建成了世界上第一座商用核电站——奥布灵斯克核电站。从此人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开核能应用研究。 到2017年，全世界已有30个国家拥有核电站，全球运行核电站数量已有441座，其中绝大部分是压水堆核电站。目前，只有核裂变被用于核能发电，而核聚变，乐观地估计，还需50年实现商业化。由于自然界有很多核聚变所需的氢同位素，且不会产生核废料的问题，所以各国在积极地发展受控核聚变，最著名的便是托卡马克受控热核反应装置。 随着时代的发展，现有的能源已经不能很好地满足。化石燃料的探明量并没有太多的增加，而人们燃烧量越来越多，余下的储量会越来越少。这样，便能很好地解释各国对核能的研究的大力支持。 新生事物都有其两面性，我们应正确认识到核能的优点以及它所可能带来的问题。对这些问题的认真思考，可以让我们更好地控制核反应，处理好带来的问题，让核能转变成高效安全的供电能源，为社会的未来发展提供能源。 一、核能的优点 1、经济方面

什么是核能及核能的利用

什么是核能及核能的利用 关键字：核能利用、核能现状、核能发展、核能简介 引言 人类的一切活动都离不开能源，能源是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要基础。1939 年原子核裂变的发现，开辟了核能利用的新时代.。特别是在能源结构从石油转入非油能源的新时期里，核能被认为是解决世界能源短缺的一种重要途径，可开发的核燃料资源所提供的裂变能、聚变能，可供人类大规模长时期的利用。核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。近年来，大力发展核电是许多国家在研究本国能源现状和前景之后,所采取的一种比较普遍的基本政策。 1、核能简介 1.1核能的发现 核能的发现凝聚了众多科学家的智慧和汗水。1932年，英国物理学家查德威克发现了中子，为人类提供了打开核能利用大门的一把钥匙，1939 年，费米利用中子轰击铀发现反应能产生中等重量的元素，居里夫人的女儿伊伦·居里进行了类似的研究，但得到了不同的反应产物。德国科学家哈恩重复他们的实验，证实中子轰击铀能产生重量为铀一半的元素，并确定它是钡，他的进一步工作证实了伊伦·居里实验的产物是镧。接着，流亡瑞典的奥地利女科学家迈特纳提出了铀核裂变的概念,并指出裂变能放出能量。为了能持续地放出核能,匈牙利物理学家西拉德最先考虑了链式反应发生的可能性。1939 年约里奥·居里夫妇等人，通过实验发现一个铀核(U - 235)裂变会释放出2—3个中子,用实验证实了链式反应的可能性。1941年12月到1942年12月,费米领导一批物理学家在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世界上第一座原子核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持链式反应的众多技术问题，这标志着核能和平利用时代的到来【1】。 1.2核能的利用原理 核能，由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。其是通过转化其质量

核能与人类未来发展

核能与人类未来发展 张品2012301550041 选择核电吗？大部分科学家认为面对全球变暖的形势，这或许是我们仅有的希望所在。数字表明，许多人对核能的恐惧是不理智的。 大地母亲正处于困境中。大量像二氧化碳这样的气体从发电厂的烟囱和汽车尾气中排到空中，从而影 响了环境，产生温室效应造成全球变暖。不断上升的温度将引起一系列严重的物理变化，海平面升高会淹 没海滨城市和风景名胜地。 不过，为阻止灾难的发生，我们仍大有可为。全球变暖源于我们对煤、石油、天然气这一类含碳燃料 的依赖。只要能避免燃烧这些“化石”燃料，全球变暖便失去动力。那么，怎样才能做到这一点呢? 有一条救生索就在我们眼前，立即抓住它，就可以把地球从全球变暖的严重后果及迫在眉睫的能源短 缺中解救出来。这条救生索已被证明是安全、实用并且廉价的，它就是核能。 洁净高效的核能 你不妨设想自己是一名必须作出决定的政府部长，你面临的问题是：一座能为半个巴黎大的城市供电 的在建新电厂，究竟应使用何种燃料?这样的问题每年都会遇到，答案不外乎是以下几种：煤：需要一条1000公里长的铁路运输线，车厢满载着昂贵的煤炭；电厂向外排放着使地球变热的气 体，总量超过10亿立方米；还产生60万吨有毒粉尘。 石油：需要四五个装载重油的巨型储油罐；油需要从世界上某个不稳定的地区进口；其排放的温室气 体数量与使用煤炭不相上下；外加巨量氧化硫倾泻到大气中，从而转化为酸雨和其他有毒化合物。 天然气：通过轮船或输气管道远距离进口，易发生事故和泄漏；其排放同样造成高污染，并且供气设 施易受恐怖分子袭击。 核能：仅需要装填两卡车载量的铀燃料；从加拿大或澳大利亚这样稳定的国家进口，价格便宜且来源 充足；气体和酸性物质排放等于零；不产生有毒粉尘；产生的高辐射废料只有几桶。 使用核能代替化石燃料的好处是极为明显的。我们都知道这种燃料既安全又清洁，并且高效。眼下西 欧三分之一以上的电力是由137座核反应堆生产的；而全球438座反应堆提供了世界几乎七分之—的电力。 在英国，单单12个核电站就生产了接近全国四分之一的电力，同时还免于产生大约6000万吨二氧化碳(几近 于全国汽车尾气排放量的一半)。

核能技术应用及发展

核能技术应用及发展 核能是核裂变能的简称，是由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。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(如铀、钚)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(如氢的同位素氘)聚合成为一个较重的核，从而释放出巨大的能量。 重核裂变是指一个重原子核，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。 所谓轻核聚变是指在高温下(几百万度以上)两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过程，也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。 与重核裂变相比，轻核聚变发电有着无可比拟的优点。 (1)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0．1％的物质变成了能量；而氘的聚变反应，将近0．4％的物质变成了能量。 (2)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几十年；而轻核聚变使用的是海水中的氘，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，足够人类使用数百亿年。而且地球上锂储量有2000多亿吨，锂可用来制造氚，足够人类在聚变能时代使用。因此受控核聚变的燃料取之不尽、用之不竭。 (3)成本低廉。1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的1／40。 (4)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。 但是，实现核聚变的条件十分苛刻，为了使2个原子核聚变，必须使两个原子核的一方或双方有足够的能量，去克服彼此之间的静电斥力，满足这样的条件需要几千万甚至几亿摄氏度的高温。 自20世纪70年代起，世界范围内掀起了托卡马克的研究热潮。目前，全世界有30多个国家及地区开展了核聚变研究，运行的托卡马克装置有几十个。 最近，由中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国共同参与的国际热核反应堆合作计划(ITER)因其最终选址问题再次引起了人们的兴趣。这个被称为“人造太阳”的热核反应堆，不仅因为13万亿日元的巨大投资引人关注，更因为如能在未来50年内开发成功，将在很大程度上改变目前世界能源格局，使人类拥有取之不尽、用之不竭的理想的洁净能源。国际热核实验反应堆是继国际空间站之后最大的国际科学合作项目，我国也已正式加盟。根据计划，世界首座热核反应堆将于2006年开工，2013年前完工。这预示着在能源革命中占有重要地位的核聚变能开发和利用的曙光已出现，核能文明时代即将到来。 虽然目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍处于绝对优势，但此种能源不仅燃烧利用率低，而且污染环境，它燃烧所释放出来的二氧化碳等有害气体容易造成 "温室效应"，使地球气温逐年升高，造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来严重影响。与火电厂相比，核电站是非常清洁的能源，不排放这些有害物质也不会造成"温室效应"，因此能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态

核能的有效利用与可持续发展

目前，在全球范围内，为解决油气资源枯竭和燃煤造成的环境污染问题，科学家正在加紧研究开发新能源和可再生能源如核能、风能、太阳能、地热和水力发电等替代能源。其中，核能作为一种清洁、安全和经济的新型能源，其逐渐取代现有化石能源（煤炭和石油）的趋向已越来越明显。调整和优化能源结构，尽可能多地用清洁能源如核能替代含碳量高的化石能源，已经成为中国各界人士的共识和迫切要求，也是能源产业发展应当遵循的原则。 核能是20世纪出现的新能源，核科技的发展是人类科技发展史上的重大成就。核能的有效利用，对于缓解能源紧张、减轻环境污染具有重要的意义。我国十分重视核能的开发利用，在国家高技术研究发展计划（863计划）中，能源领域研制开发三种先进反应堆，它们是快中子堆、高温气冷堆、聚变－裂变混合堆。目前，核裂变能已经为人类提供了总能耗的6％。而当将来利用轻原子核的聚变反应产生的核聚变能得到工业应用后，人类将从根本上解决能源紧张的问题。 从人类能源需求的前景来看，发展核能更是必由之路，这是因为核能有其无法取代的优点，主要表现于： 1.核能是地球上储量最丰富的能源，又是高度浓集的能源。 2.核电是清洁的能源，有利于保护环境。 3.核电的经济性优于火电。 4.以核燃料代替煤和石油，有利于资源的合理利用。 中国核能利用坚持可持续发展，核电发展采用热堆－快堆－聚变堆“三步走”的方针。近期以压水堆核电 站为主，在充分利用已有技术，建设一批压水堆核电站的同时，积极开展国际合作，适时建造先进压水堆 核电站，并以此作为我国未来核电发展的主力机型。 中国积极推进和平利用核能的开发研究，力争在一些重大项目上有新的突破。例如，利用快堆发电、 用核能进行海水淡化、用低温供热堆采暖、用高温气冷堆发电和制氢等，当条件成熟时，使其成为新的产 业。 在更长远的将来，能源开发将更多地寄希望于受控热核反应即核聚变堆的应用。热核反应技术如果获得突破，将有很多优点：热核燃料资源极其丰富，几乎是取之不尽；热核聚变的产物不象裂变产物那样产生核辐射，因而对人类的安全性要比现在的核电站高得多。因此，聚变反应堆核电站的商用成功，将会为人类“永远”解决能源需求问题。

能的开发和利用(知识总结)

能的开发和利用 一、能源家族核能 1、能源家族 (1)一次能源和二次能源 ①一次能源：可以能源。如化石能源、风能、太阳能、地热能、核能、生物质能等。 ②二次能源：无法从自然界获取，必须通过才能得到的能源。如电能等。 (2)可再生能源和不可再生能源 ①可再生能源：在自然界可以不断再生并有规律地得到补充的能源，叫做可再生能源。如太阳能、能、能、海洋能、能等。 ②不可再生能源：经过千百万年形成的、不可能在短期内从自然界得到补充的能源。如煤炭、石油、、核燃料等。 2、核能 (1)原子、原子核：原子由和 (带负电)组成，原子核由(不带电)和质子(带正电)组成。 (2)核能：原子核分裂或聚合时释放出的能量。 (3)核变：用中子轰击较重的原子核，使其裂变为较轻原子核的一种核反应。 (4)核变：使较轻原子核结合成为较重的原子核的一种核反应。 (5)核能的优点和可能带来的问题 ①核能的优点：核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源。利用核能发电不仅可以节省大量的煤、石油等能，而且用料省，运输方便。核电站运行时不会产生二氧化碳、二氧化硫和粉尘等对大气和环境污染的物质，核电是一种比较清洁的能源。 ②利用核能可能带来的问题：如果出现核泄漏会造成严重的放射性环境污染。 二、太阳能 1、太阳能是巨大的“核能火炉”，因为在太阳内部，氢原子核在超高温下发生，会释放出巨大的核能。 2、太阳能是人类能源的宝库，我们所使用的一次性能源主要来源于太阳能。 3、太阳能的利用 (1)直接利用：①将光能转化为能加以利用，如太阳能热水器；②将光能转化为能加以利用，如太阳能电池等。 (2)间接利用：储存在化石燃料中的太阳能。 4.利用太阳能的优缺点 (1)优点：清洁、安全、无污染、环保、方便、经济、不受地域限制、取之不尽，用之不竭、节省地球资源等。 (2)缺点：受到天气的限制。 三、能源革命能源与可持续发展

核能的利用 练习题(答案)

核能的利用 一、选择题（每小题3分，共54分） 1、1896年，法国科学家贝克勒尔发现了（） A、X射线 B、放射性 C、α射线 D、电子 2、不属于新能源的有( ) A、核能 B、太阳能 C、天然气 D、潮汐能 3、放射性现象的发现说明( ) A、原子有内部结构 B、电子有内部结构 C、原子核有内部结构 D、质子有内部结构 4、下列关于原子核的组成的说法中错误的是( ) A、原子核是由带正电的质子和带负电的电子组成的 B、原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的 C、原子核内没有电子 D、原子核内发生某种变化时会产生中子 5、关于α、β、γ射线穿透本领的判断正确的是( ) A、α射线最强 B、β射线最强 C、γ射线最强 D、一样强 6、关于核能，下列说法正确的是（） A、原子核很小，因此其中不可能存在大量的能量 B、人们现在能够利用可控核聚变的能量 C、对于核裂变的链式反应，人们还不能控制 D、无论是较大的原子核受激分裂，还是较小的原子核的结合，其中都会伴随着 巨大的能量变化 7、核电站的能量转化情况是（） A、核能→机械能→电能 B、核能→内能→机械能→电能 C、核能→化学能→电能 D、化学能→内能→电能 8、下面关于人类利用原子核能的两种主要方法的说法中正确的是 ( ) A、裂变和聚变过程都有质量亏损 B、裂变和聚变过程质量都有所增加 C、裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加 D、聚变过程有质量亏损，裂变过程质量有所增加

9、原子弹和核电站的根本区别是（） A、原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变 B、原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变 C、原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度 D、原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速度 10、太阳每天能释放大量的核能，是由于太阳内部( ) A、进行着大规模的聚变 B、进行着不能控制的链式反应 C、进行着剧烈的化学反应 D、具有大量的热能 11、氘核的质量为m D，氚核的质量为m T，它们聚变成质量为m He的氦核，并释放出质量为m n的中子，放出的能量应为（） A、（m D+m T-m He-m n）c2 B、（m D+m T）c2 C、（m He+m n-m D-m T）c2 D、(m He+m n)c2 12、下列有关目前核反应堆的说法中正确的是( ) A、核反应堆是进行聚变而获得核能的一种装置 B、核反应堆是进行裂变、且不加控制而获得核能的一种装置 C、核反应堆是控制重核裂变速度，使核能缓慢地平稳地释放出来的装置 D、核反应堆是控制轻核聚变速度，使核能缓慢地平稳地释放出来的装置 13、联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹。贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境。下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是 ( ) ①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害 ②爆炸后的弹片会对人体产生危害 ③铀238的衰变速率很快 ④铀的半衰期很长 A、①② B、①③ C、①④ D、②④ 14、热核反应是一种理想能源的原因，描述不正确的是 ( ) A、就单位质量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多 B、对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理 C、热核反应的核原料在地球上储量丰富 D、热核反应的实现与约束控制较容易

核技术及其应用的发展

核技术与核安全 核动力技术的核心是反应堆技术,反应堆可用来发电,供热,驱动运载工具等.反应堆还可以产生大量中子,故在有些核技术应用中亦可利用反应堆作为中子源,或利用反应堆中子做活化分析,生产放射性核素等."核能工程与技术"和"辐射防护与环境保护"也是"核科学与技术"之下的二级学科. 实际上核技术与核物理是密不可分的,这两个学科在发展过程中始终是互相依托,互相渗透的.同时,作为核探测技术和射线应用技术的基础,研究各种射线和荷能粒子束与物质的相互作用是十分重要的.其相互作用既可以产生物理的变化,也可以产生化学的变化,还可以产生生物学的变化.相应的研究构成了辐射物理学,辐射化学和辐射生物学的主要内容.在核技术的应用中还经常要对放射性核素进行分离,或用放射性核素标记化合物,这属于放射化学的范畴.因此,核技术及应用这一学科与核物理学,辐射物理学,辐射化学,放射化学等学科有密切的联系,其中辐射物理往往也被纳入核技术的范畴内.近年来核技术在医学中的应用得到迅速发展,相应地又产生了医学物理,核医学等学科.另一方面,核技术的研究经常涉及大型仪器设备的研制,其本身又是物理,机械,真空技术,电子学,射频技术,计算机技术,控制技术,成像技术等多种学科和技术的综合.故此核技术充分体现了多种学科的交叉这一特点,是现代科学技术的重要组成部分,也是当代重要的高技术之一.第二次世界大战之后核技术开始大规模地应用到国民经济之中,形成了许多新兴的产业,如辐射加工,无损检测,核医学诊断设备与9放射治疗设备,同位素和放射性药物生产等.据统计,美国和日本的国民经济总产值(GDP)中核技术的贡献约占3%~4%.美国核技术产生的年产值约为3500亿美元,其中非核能部分约占80%. 现代很多科学技术成就的取得都是与核技术的贡献分不开的.仅以诺贝尔奖为例,1931年美国科学家劳伦斯发明回旋加速器,为此获得了1939年诺贝尔物理奖.1932年英国科学家Cockcroft和Walton制造了第一台高压倍压加速器并用其完成了首次人工核反应,获1957年诺贝尔物理奖.此外还有八项诺贝尔物理奖和化学奖是利用加速器进行实验而获得的.在探测器方面,威尔逊因发明云室探测器而获1927年诺贝尔物理奖,其后布莱克特因改进威尔逊云室实现自动曝光而获1948年诺贝尔物理奖,鲍威尔发明照相乳胶法并用其发现π介子而获1950年诺贝尔物理奖,这之后格拉泽因发明气泡室使粒子探测效率提高1000倍而获1960年诺贝尔物理奖,阿尔瓦雷兹因改进气泡室并用其发现共振态粒子而获1968年诺贝尔物理奖,沙帕克因发明多丝正比室和漂移室而获1992年诺贝尔物理奖.在核分析技术方面,1948年美国科学家利比建立了14C测年方法并为此获得了1960年诺贝尔化学奖,穆斯堡尔因发现穆斯堡尔效应而获1961年诺贝尔物理奖,布罗克豪斯和沙尔因发展了中子散射技术而获1994年诺贝尔物理奖.核技术对于科学发展的重要推动作用由此可见一斑.由于核技术为多种学科的基础研究提供了灵敏而精确的实验方法和分析手段,自20世纪80年代以来各国竞相建造与核技术密切相关的大型科学工程,如大型对撞机,同步辐射装置,自由电子激光装置,散裂中子源,加速器驱动次临界反应堆,大型放射性核束加速器等,其造价动辄数亿美元乃至数十亿美元.美国能源部2003年11月发布研究报告"未来科学的装置",列出了今后20年重点发展的28项大型科学工程,其中基于加速器的有14项,占了一半.我国自改革开放以来先后建造了北京正负电子对撞机,兰州重离子加速器,合肥同步辐射装置等大科学工程,辐照和放疗用电子加速器,大型集装箱探测装置,辐射加工和同位素生产等也已经形成了一定规模的产业. 1 在工业中的应用 核技术的工业应用始于20世纪50年代兴起的辐射加工.辐射加工利用60Co源产生的γ射线或电子加速器产生的电子束照射物料,可引起高分子材料的聚合,交联和 1

新能源的开发和利用

新能源的开发和利用 教学目的 1.使学生了解开发利用新能源的必要性与可行性以及几种新能源的性能。 2.通过对常规能源与新能源的分类和比较，提高学生分析问题的能力。 3.在学习新能源知识的基础上，培养同学初步建立要珍惜能源资源，努力开发新能源的思想，激励他们树立自觉学习科学技术的决心。 课型讲授新课。 教学方法讲述与问答相结合的方法。 教学重点和难点重点是新能源开发利用的必要性与可行性，难点是新能源的特点。 教学用具自制投影片（或画片）：①火电站与核电站一日燃料运量的比较；②太阳灶；③荷兰风车；④风力发电装置；⑤沼气池。 教学提纲 第五节新能源的开发利用 一、人类为什么要寻找新能源 1.能源及分类 2.人类为什么要开发新能源 二、主要新能源介绍 1.核能

2.太阳能 3.风能 4.生物能 教学过程 引入新课你知道我国建设和建成的两个核电站在哪里吗？（浙江杭州湾附近的秦山核电站和广东大亚湾核电站）。 核能是人类新近利用的一种新能源，我国正在积极研究核能。人类为什么要寻找和研究这些新能源呢？今天我们就来探讨新能源的开发利用。 第五节新能源的开发利用（板书） 一、人类为什么要寻找新能源（板书） [提问] 请问，能源在生产生活中的主要用途是什么？（提供热能和动力。） [提问] 你知道我国目前广泛使用的能源有哪些吗？（煤、石油、天然气、木材、水能等。） [教师总结] 像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。 [提问] 除这些常规能源外，你能说出哪些目前人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源？（核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等。） [教师总结] 像刚才同学所列举的这些刚开始利用或正在积极研究、有待推广的能源，我们称之为新能源。 所以，我们可以把能源分成两类： 1.能源及分类（板书）