新型工程材料-核能材料论文

核能材料的应用及发展前景

——新型工程材料通识课论文

核能材料研究的目的与意义

随着工业化、城镇化的快速发展，我国能源消费总量将继续上升，能源供应保障任务将更加艰巨。我国能源资源禀赋不高，煤炭、石油、天然气的人均占有量低，仅为世界平均水平的67%、5.4%、7.5%。目前，我国人均能源消费量约2.6吨标准煤，仅为发达国家水平的三分之一，未来能源需求还将大幅增长。化石能源大规模开发利用，对生态环境造成严重影响，国内部分地区生态环境严重透支，应对气候变化的压力日益增大。石油对外依存度不断提高，海上运输风险加大，能源安全形势严峻。而地球上蕴藏着数量可观的铀、钍等裂变资源，如果把它们的裂变能充分利用，可以满足人类上千年的能源需求。在大海里，还蕴藏着不少于20万亿吨核聚变资源——氢的同位元素氘，这些氘的聚变能将可顶几万亿亿吨煤，能满足人类百亿年的能源需求。更可贵的是核聚变反应中几乎不存在反射性污染。聚变能称得上是未来的理想能源。因此，人类已把解决资源问题的希望，寄托在核能这个能源世界未来的巨人身上了。

核能产业国内外发展现状

世界核能产业发展状况：

到2002年底，全球正在运行的核电站机组共有444座。总装机容量已达3.56亿千瓦，在全球供电量中所占比重为16.10%，在全球一次能源中所占比重为6.7%。目前世界上已有17个国家的核电在本国总发电量中比重超过25%，其中发达国家核电所占比重，法国为77%，韩国为38%，日本为36%，英国为28%，美国为21%（美国在全球核电总装机容量中所占比重为29%），加拿大为12%。近年来全世界核电发电量维持在总发电量的1/6左右，达到了可以和煤电、油电、水电、气电平起平坐的地位，核电已经成为世界能源的重要组成部分。中国核能产业发展状况:

从五十年代中期以来，中国已经逐步建立了比较完整的核燃料循环体系。随着核电事业的发展，核燃料工业得到了进一步提高，初步形成了从铀矿地质勘查、铀矿采冶、铀同位素分离、核燃料元件制造、乏燃料后处理直至核废物处理与处置等完整的核燃料循环工业体系。特别是改革开放二十年来，在与国际广泛交流的基础上，引进和开发了先进的技术和工艺，在核燃料生产的几个主要环节上，实现了更新换代，不仅对提高产品质量、降低生产成本等发挥了重要的作用，而且可以满足或基本满足“十五”期间中国核电更大发展的需求。经过四十多年的发展，地质勘查已为国家累积提交了可靠铀资源储量。铀矿采冶已初步形成了以地浸、堆浸和原地爆破浸出工艺为主的生产格局，大幅度降低了铀矿采冶成本，提高了铀资源利用率。铀同位素分离已实现扩散法向离心法过渡，铀同位素分离生产能力能够满足中国核电发展的需要。核燃料组件制造生产线已为核电站提供了合格的燃料组件，基本实现了30万、60万、100万千瓦三种容量等级的压水堆核燃料组件的国产化，重水堆核燃料组件生产线也正在建设中。中、低放固体和液体废物已开始处理和处置，中低放废物处置场已经建成并投入运行，高放废物处理的科研工作取得较大进展。

核能发电原理

利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，利用产生的水蒸气推动蒸汽轮机并带动发电机。核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所

使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其馀皆为无法产生核分裂的铀238。

举例而言，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。

简而言之,就是这个公式:

核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能

其原理在屋里层面来说就是核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。

结论

总体来说，核的运用在人类生活中越来越广泛，人类生活也越加离不开核能。除了最大作用发电之外，医学也越来越受益于核技术，许多病症需要用放射性物质来治疗和预防。如：核放射和核药物对确诊和治疗癌症就有很大的功效。科学家们制造了各种核放射仪器，这些机器对医生对病人对症下药提供了很大的帮助。此外，核放射物还能确诊甲状腺、传染病、关节炎、贫血等病症，可以用核能而发明的“CT”和“核磁共振”来确诊每个人身体不适的地方。核技术对食品的影响也越来越大。如有些容易腐坏的食品，现今可以通过核放射物处理就不易腐坏。核技术对食品的另一益处是改变植物基因、提高植物质量。核能还可以用于其他重要事务，如在核技术的帮助下，可以勘探地下水源，并且在核技术的帮助下发现水坝受损或水坝渗水。此外，核技术还能淡化水、能扫雷。考古的年龄测量和刑事侦察等。

所以核将会作为和当下太阳能，风能，潮汐能等同等的能量存在于世界上，人们也应该把握其利弊，掌握其规律，用科学发展的手段和方式对其加以开发和利用，做到可持续发展。