核能(又称原子能)是原子核结构发生变化时放出的能量。核能释放通常有两种方法:一是重原子分裂成两个或多个较轻原子核,释放巨大能量,称为核裂变能,比如原子弹爆炸;另外一种是两个较轻原子核聚合成一个较重的原子核,释放巨大的能量,称为核聚变能,比如氢弹爆炸。
原子核蕴藏着巨大的能量。人类要想和平利用核能,必须建造核反应堆,并使核反应能持续可控。1954年,前苏联建成了世界上第一个核裂变能发电站,开创了人类大规模利用核能发电的先河。至今,核能的和平利用已有50多年的历史。近些年,由于担心核电站运转的安全性、核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全的影响,核能的发展在欧洲、北美有下降趋势,但核能的发展在亚洲仍呈现强劲势头。 核裂变能是一种经济、清洁和安全的能源,与传统的火力发电相比,核裂变能发电有如下优点:
(1)核电比火电安全:随着核能技术的不断进步,其安全性大大提高。核电能的事故率远远低于火电。近年来,核电国家采取了一系列安全措施,签署了《国际核安全公约》,使核安全达到很高水平。
(2)核电比火电经济:一座100万千瓦的核电站,每年补充30吨核材料,但同功率地火电站,每年需消耗300万吨煤或200万吨石油。煤炭、石油都是不可再生的一次能源。核电虽然一次性投资大、建设周期长,但从长远看,经济效益还是优于火电。
(3)核电比火电清洁,对环境污染小:据测算,全世界的核电站同燃煤电厂相比,每年可为地球大气层减少1.5亿吨二氧化碳、190万吨氮氧化物和300万吨硫化物。核电站不排放任何有害气体和其他金属废料,放射性物质对周围居民影响也比煤电少。如核发电最发达的法国,1980年核电比是20%,1986年上升到70%,在此期间发电总量增加了40%,而排放的二氧化硫减少了56%,氮氧化物减少9%,尘埃减少36%。
铀的裂变:
核聚变是指两个轻原子核在特殊条件下,聚合成一个较重原子核,同时释放巨大能量过程,目前主要指氢的两个同位素氘和氚,生成氦原子核。应用核聚变优越性主要体现在:
(1)原料氘和氚来源广泛,在地球上储量丰富。 (2)原料成本低廉,如1kg氘的价格仅为1kg浓缩铀的1/40。 (3)不产生放射性,是一种无污染的安全能源。
(4)核聚变原料所释放出的能量比同质量的核裂变原料所释放的能量要大得多。
因此,核聚变能前景十分看好,受到许多国家关注。 核裂变能的主要原料是铀,它在地壳中储量总计达几十亿吨。铀的储量虽然很大,但分布却很分散,要找到比较集中的矿点比较困难。钚的来源比铀广泛,价格较便宜。但是,地下能源储量总是有限的,用一点会少一点,最终会枯竭。 铀矿石:
作为核聚变能原料的氢及其同位素氘和氚,情况就不同了,它们在地球上储量十分丰富,海洋中还有氘约23.4万亿吨,足够人类使用几十亿年。对于人类来说,核聚变能将是一种取之不尽、用之不竭的“长寿能源”。核聚变反应也是太阳和宇宙能量的主要来源。 核能对军事、经济、社会、政治等都有广泛而重大的影响。在军事上,核能可作为核武器,并用于航空母舰、核潜艇等的动力源;在经济上,核能可以替代化石燃料,用于发电;可以作为放射源应用于医疗;还可以为城市供热等。 |
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