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核能的和平利用及其 安全性 徐　銤 中国原子能科学研究 2013 年 9 月 9 日

核能的和平利用及其 安全性 徐　銤 中国原子能科学研究 2013 年 9 月 9 日. 目　录 Ⅰ 　什么是核能 Ⅱ 　核能的利用 Ⅲ 　核能利用的安全性. Ⅰ 　什么是核能. 一、原子、原子核及核结构. 二、元素、同位素和周期表. 元素周期表. 同位素的例子. 0. 1. 2. 3. 三、放射性. 放射性原子数. A. 对任何元素，中子数在一定范围内原子核是稳定的。如 2 1 H 、 12 6 C 、 23 11 Na ；

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核能的和平利用及其 安全性 徐　銤 中国原子能科学研究 2013 年 9 月 9 日

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  1. 核能的和平利用及其安全性徐　銤中国原子能科学研究2013年9月9日核能的和平利用及其安全性徐　銤中国原子能科学研究2013年9月9日

  2. 目　录Ⅰ　什么是核能Ⅱ　核能的利用Ⅲ　核能利用的安全性目　录Ⅰ　什么是核能Ⅱ　核能的利用Ⅲ　核能利用的安全性

  3. Ⅰ　什么是核能 一、原子、原子核及核结构

  4. 二、元素、同位素和周期表 元素周期表

  5. 同位素的例子

  6. 0 1 2 3 三、放射性 放射性原子数 A • 对任何元素，中子数在一定范围内原子核是稳定的。如 21H、126C、 2311Na； • 中子数如太多或太少，则原子核便不稳定，要用辐射的形式放出能量称为放射性，这个同位素又称放射性同位素。如 31H、 146C、 2411Na、 2211Na 等； A/2 A/4 A/8 半衰期数 放射性衰变曲线

  7. 辐射的类别 • α辐射 • β辐射 • γ辐射 • 中子辐射

  8. 四、核裂变和裂变能，裂变的链式反应 • 1934年Fermi，1938、1939Hahn和Strassman用中子轰击铀的实验发现了裂变现象。1939年Meitner、Frisch、Bohr和Wheeler理论上解释了这一现象，重定名为原子核的裂变。 裂变链式反应

  9. 　　裂变反应有很多可能的结果，作为一例：1kg铀235裂变所释放的能量相当2700t无烟煤燃烧放出的能量。

  10. 裂变核能释放的两种可能性 • 不可控的裂变链式反应； • 可控的裂变链式反应。 裂变链式反应

  11. 可控的裂变链式反应首次于1942年在芝加哥大学实现。装置名为CP-1；可控的裂变链式反应首次于1942年在芝加哥大学实现。装置名为CP-1； • 物理学家Enrico Fermi和他的同事们于1942年12月2日在运动场正面看台下面临时实验室里实现了第一次自持可控反应。这个实验的成功把我们引进到对于现代科学展现巨大潜力的原子时代。

  12. 实现可控裂变链式反应的基本要素 • 可裂变材料；23592U， 23994U， 23392U • 吸收中子能力强的材料，镉Cd，硼B等； • 对利用慢中子实现可控裂变链式反应需用慢化剂，H2O， D2O，C等 ； • 可把裂变能载带出来的冷却剂， H2O ， D2O ，氦He，CO2，钠Na等。 这种装置便定名为反应堆（Reactor）

  13. 五、核聚变的聚变能 • 条件：温度5000万度； 离子密度100万亿个/cm3； 维持时间0.1~1秒。 • 21D用重水（D2O）电解； • 31T用锂（Li）生产。天然锂含63Li 7.5%和73Li 92.5%。 • 1kg D-T聚变时放出的能量相当于1万吨无烟煤燃烧的能量。

  14. Ⅱ　核能的应用 一、序 • 同位素放射性衰变时要放出能量，利用这种能量可以做成电池用于宇宙飞船、人造卫星、无人管理的灯塔等；功率：毫瓦至百瓦。 • 聚变核能目前尚在技术发展阶段，距实际应用为时尚早； • 裂变核能为本报告讨论的内容。

  15. 二、裂变核能的应用形式 • 核电 —— 核电站，空间堆电源； • 核热 —— 核热站； • 核动力 —— 船用核动力

  16. 三、核电站的类型 • 用热中子维持可控自持裂变链式反应的核电站； • 轻水堆核电站： • 压水堆核电站（PWR）； • 沸水堆核电站（BWR）。 • 重水堆核电站（PHWR）； • 气冷堆核电站（GCR，AGR）； • 高温气冷堆核电站（HTR）； • 石墨水冷堆核电站（LWGR）。 • 用快中子维持可控自持链式反应的核电站 • 钠冷快中子增殖堆核电站（FBR）

  17. (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 美国 韩国 日本 瑞典 瑞士 德国 芬兰 英国 台湾 法国 西班牙 匈牙利 比利时 乌克兰 立陶宛 保加利亚 斯洛伐克 中国大陆 世界平均 斯洛文尼亚 目前我国核电约占全国电力生产的2%，而当前世界核电占14%　　　　　　　　各国核电与总发电量的比例 90 共30个国家和地区发展核电， 共434座，367.7GWe。

  18. 运行的核电反应堆类型

  19. 我国核电站

  20. 秦山-1

  21. 大亚湾

  22. 岭澳建设情况

  23. 我国核电站 现有17座核电反应堆运行，总功率约1470万千瓦运行28座核电反应堆在建，总功率约3060万千瓦 2020年前另有 24座核电反应堆待建，总功率约3200万千瓦.

  24. 近年，工程院和能源局研究提出：20207000万千瓦20302亿千瓦20504-5亿千瓦气候变化国际委员会（IPCC）对于排放预测的特别报告，预测全球核能[1]高估值　2050年30亿千瓦；2100年180亿千瓦。　　低估值　2050年15亿千瓦；2100年50亿千瓦。[1] International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles ( INPRO ), 2008 Progress Report, IAEA 2009, P17

  25. 　　如果燃料循环采用一次通过,　则一百万千瓦PWR 60年运行寿期约需1万吨天然铀。　　我国2050的计划需要 　400-500万吨天然铀。　　全球2050的低估计需要　1500-5000万吨天然铀。

  26. 2009年确认的全球铀资源[2] [2] Uranium 2009: Resources Production and Demand, A Joint Report by the OECD, Nuclear Energy Agency and International Atomic Energy Agency 2010, P.16

  27. 　　如何解决核燃料供应的问题？　　发展快中子增殖反应堆（简称快堆）　　如何解决核燃料供应的问题？　　发展快中子增殖反应堆（简称快堆）

  28. 快堆和压水堆的比较

  29. 压水堆核电站工作原理

  30. 238 92 239 92 239 93 239 94 U U Np Pu + n  23.5min  2.35d 钚的生产、转换、增殖

  31. 250个中子 60个 100个 90个 100个中子引起100个核裂变 泄漏和 无益吸收 U-238吸收 产Pu 100个 60个 130个 290个中子 快堆-钚 快堆的特点 压水堆-铀-235

  32. 快堆和压水堆的比较

  33. 发展快中子增殖反应堆，有效利用铀资源：　　发展不同的反应堆和燃料循环有不同的铀资源利用率。 　　　　　 铀资源利用率* 由于利用率的提高，更贫的铀矿也值得开采。这样世界技术经济可采铀资源将提高千倍(参考：IAEA，TRS.246，1985Preface)。

  34. 世界能源分析

  35. 我国技术经济可开采能源比较 资料来源除天然铀外来自“瞭望”1981第7期 • 1Q = 1亿吨石油 • 1吨煤 = 0.65吨石油 • 1000m3天然气 = 0.9吨石油 • 1吨铀 = 10000吨石油（PWR，一次通过） • 1吨铀 = 1750000吨石油（快堆） 天然铀在快堆中3500Q 煤1105Q 天然铀在PWR中20Q 天然气 石油 23Q 1.6Q

  36. 　　为什么要发展核能？　　我们国家要发展，要能源，要电。　　我国面临大量使用化石燃料的小环境问题：酸雨、有毒气体、粉尘和大环境CO2问题：　　政府间气候变化委员会报告（IPCC）指出（日本原委会委员长近藤骏介，TIEF-5，2006.6.28～29）：　　气温比1850年（工业化前）高1℃，则影响脆弱的生态系统，如珊瑚礁等。　　气温比1850年高2～3℃，将在全球范围内影响农业，水资源和人类健康。　　为什么要发展核能？　　我们国家要发展，要能源，要电。　　我国面临大量使用化石燃料的小环境问题：酸雨、有毒气体、粉尘和大环境CO2问题：　　政府间气候变化委员会报告（IPCC）指出（日本原委会委员长近藤骏介，TIEF-5，2006.6.28～29）：　　气温比1850年（工业化前）高1℃，则影响脆弱的生态系统，如珊瑚礁等。　　气温比1850年高2～3℃，将在全球范围内影响农业，水资源和人类健康。

  37. 　　气温超过3℃，气候就将不再稳定，可能中断深海水的循环。　　为此，欧盟制定了长期降低空气温度只比工业化时高2℃或更低的目标；日本中央环境委员会于2005年5月也制定了同样的目标。　　如何实现这一目标　只升不到2℃？　　第三个IPCC报告说：要在2050～2100时每年释放CO2的水平要降到现在的一半。　　气温超过3℃，气候就将不再稳定，可能中断深海水的循环。　　为此，欧盟制定了长期降低空气温度只比工业化时高2℃或更低的目标；日本中央环境委员会于2005年5月也制定了同样的目标。　　如何实现这一目标　只升不到2℃？　　第三个IPCC报告说：要在2050～2100时每年释放CO2的水平要降到现在的一半。

  38. 能源分类

  39. 克碳当量/度电 366 357 电力生产链产生的温室气体排放比较IAEA03-00178/PI/A72E 300 246 200 188 100 76.4 64.4 16.6 13.1 5.7 太阳能 褐 煤 煤 石油 天然气 水电 生物质能 风能 核能 光电池

  40. 前面比较的各种能源都是我国能源大家庭的成员，都应该因地制宜得到应用。 核能是清洁的；核能是高能量密度的；核电站是基荷发电装置；核能应更多得到应用。

  41. Ⅲ 核能应用的安全性 一、一座运行的核电站对环境的影响

  42. % % m3 废气排放（ ） 废液排放（ ） 固废产量（ ） 14 300 12.7 12 252 250 10 207 200 194 185 178 7.04 8 150 6 3.85 3.83 100 100 4 2.72 2.26 2.06 1.99 1.61 1.46 50 2 0.67 0.36 0 0 94 95 96 97 98 99 大亚湾三废控制情况 注：1）固体废物设计值为500m3/堆年； 2）废液国家年排放量限值为700GBq； 3）废气国家年排放限值为1140TBq。

  43. 个人所受放射性计量的比较

  44. 辐照的生物效应

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