核能新能源概述课件PPT(共52页)
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我国十分重视核能的利用，目前，秦山核电 站和大亚湾核电站已经运行发电，几座新的 核电站正在建设之中。
受控制的核聚变仍然在研究中，如果成功将彻 底解决人类的能源问题。
2、产生动力
➢ 作为动力推动船舰，原子破冰船，核动力 商船等。 ➢ 优点：续航力强，马力大，航速高。
美国的尼米兹级航母应用的核动力在不加任何燃 料的情况下可续航20年。
条件下缓慢地进行，则释放出的核能就可以被源自文库有效地利用。
1954年6月17日世界上第一座核电站前苏联 的奥布灵斯克核电站建成并投入使用。
核电站原理
核电站就是利用原子核裂变时产生的巨大 热量，使水变成蒸汽，推动汽轮机运转，再带 动发电机发电。
核电站原理
核电站发电过程中的能量转化
核能
内能
机械能
电能
核能发电优点
m=Zmp+(A-Z)mn-mX
根据爱因斯坦质能关系，原子核的结合能为：
E=(m)c2
质子和中子组成核的过程中，有能量E释放出 来。反之，要使原子核再分解为单个的质子和 中子就必须吸收E的能量。
质子 氘 E
中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
原子结合能的计算 一原子质量单位
1u1.660 515 0227kg
具有能量 E1uc21.494 4 1 9 0 1J 068
9.340 61020M 5 eV
质子质量 中子质量
mp 1.00727u7
mn 1.00866u5
核子平均结合能 [Zp m (A Z )m n m E ]c 2/A
原子核的结合能
原子核的 核子的
原子核的 核子的
核 结合能 比结合能 核 结能 比结合能
我国于1964年10月16日爆炸了第一颗原子弹。
3、氢核聚变
氢弹爆炸
氢弹：利用氘、氚（氢的同位素）等轻 原子核的聚变反应原理制成的核武器 通常称为氢弹。
氢弹反应式
63Li01n31H42He4.8MeV 21H31H42He01n17.6MeV
氢弹结构示意图
不受控制的聚变已于1952年11月1日实现，这 就是氢弹爆炸。
每个核子的平均结合能称为比结合能： Emc2
AA
核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。
比结合能（MeV/核子）
94 82
He
7
6
82 23
Kr
U 233
92
195 73
Pt
5
4
6 3
Li
3
2
1
H 0 0
2 1 20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240
质量数A
比结合能曲线
a.最轻和最重的核 的比结合能较小。 b.大多数中等质量 的核，比结合能较 大且近似相等(都在 8MeV左右)。这说 明中等质量的核最 稳定。
获得核能途径有：裂变和聚变。
裂变炸弹——铀弹
聚变炸弹——氢弹
2、裂变
用能量为1eV以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分 裂为两个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三 个快速中子。这种重核分裂为中等质量核的过程称为 重核的裂变。
1.干净环保，基本上不排放有害气体，尤其是 不排放温室气体；
2.消耗燃料少，燃料运输成本低。 （大亚湾核电站每年仅需消耗核燃料60吨左右 ，而同等规模的火力发电站则每年需要消耗燃
煤600万吨左右。）
核电站的废物处理系统
核能利用前景
目前，全世界核电站的发电量约占总发电量 的20%。2030年将达到25%。
➢ 受控核反应：如果在受控条件下，每次裂变平均 只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反 应，这就是核反应堆中的情况。
根据原子核链式裂变反应的 原理，在意大利物理学家费 米的领导下，世界上第一座 原子核反应堆于1942年12月 6日芝加哥大学试验成功， 把人类带进了原子能时代。
根据原子核链式裂变反应的原理，美国于1945 年7月16日爆炸了世界上第一颗原子弹。
新能源利用技术
王一平 教授 天津大学化工学院 2013.6.3
第七章 核能
主要内容
概述 核能的和平利用 核能存在的问题
一、概述
1.原子核的结合能
原子核是由质子和中子组成的，它的质量等 于所有质子和中子的质量之和：
mx=Zmp+(A-Z)mn 但实验测定的原子质量mx总是小于所有核子 质量之和，这一差值称为原子核的质量亏损：
154 L 70 a 154 C 80稳 e() -定 0 1e
94 38
Sr
:
9 3S 4 8 r93Y 49-0 1e
9 3Y 4 9 9 4Z 4 0 稳 r() 定 -0 1e
➢ 原子弹：铀核裂变时放出巨大的能量，同时放出 多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的 铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目 将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应， 这就是原子弹中发生的情况。
E(MeV) (MeV)
E(MeV) (MeV)
2 1
H
2.23
3 1
H
8.47
3 2
He
7.72
4 2
He
28.3
1.11 2.83 2.57 7.07
12 6
C
92.2
16 8
O
12.75
2693Cu 552
238 92
U
1803
7.68 7.97 8.75 7.58
原子核的结合能非常大，所以一般原子核 都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的 稳定程度不同。
1954年3月1日实现，美国在太平洋上的比基尼
岛进行了一次威力巨大的氢弹爆炸实验，这颗
氢弹产生的破坏力是投向广岛的原子弹的750倍 。
我国于1967年6月17日爆炸了第一颗氢弹。
太阳的能量来自太阳内部的核聚变，地球的能 量主要来自太阳能。
二、核能的和平利用
1、核电站 如果使原子核的裂变和聚变在可以控制的
3、生产新的核燃料
➢ U238产生Pu239 ➢ Th232产生U233 ➢ 中子轰击Li产生核聚变材料氚 ➢ 有的反应堆生产出来的核燃料甚至比消耗掉
的核燃料还多。
危险的钚
4、生产放射性同位素
2 9U 3 2 0 1 n 5 1 5X 4 4 9 3 0 S e 4 8 2 0 1 r n
裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由于 中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。 它们通过一系列的衰变，放射性的中等质量的核才 转化为稳定核。
15440Xe: 154 X 40 e 154 C 50-0 s 1e 154 C 50 s154 B 60-a 0 1e 154 B 60 a 154 L 70-a 0 1e
受控制的核聚变仍然在研究中，如果成功将彻 底解决人类的能源问题。
2、产生动力
➢ 作为动力推动船舰，原子破冰船，核动力 商船等。 ➢ 优点：续航力强，马力大，航速高。
美国的尼米兹级航母应用的核动力在不加任何燃 料的情况下可续航20年。
条件下缓慢地进行，则释放出的核能就可以被源自文库有效地利用。
1954年6月17日世界上第一座核电站前苏联 的奥布灵斯克核电站建成并投入使用。
核电站原理
核电站就是利用原子核裂变时产生的巨大 热量，使水变成蒸汽，推动汽轮机运转，再带 动发电机发电。
核电站原理
核电站发电过程中的能量转化
核能
内能
机械能
电能
核能发电优点
m=Zmp+(A-Z)mn-mX
根据爱因斯坦质能关系，原子核的结合能为：
E=(m)c2
质子和中子组成核的过程中，有能量E释放出 来。反之，要使原子核再分解为单个的质子和 中子就必须吸收E的能量。
质子 氘 E
中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
原子结合能的计算 一原子质量单位
1u1.660 515 0227kg
具有能量 E1uc21.494 4 1 9 0 1J 068
9.340 61020M 5 eV
质子质量 中子质量
mp 1.00727u7
mn 1.00866u5
核子平均结合能 [Zp m (A Z )m n m E ]c 2/A
原子核的结合能
原子核的 核子的
原子核的 核子的
核 结合能 比结合能 核 结能 比结合能
我国于1964年10月16日爆炸了第一颗原子弹。
3、氢核聚变
氢弹爆炸
氢弹：利用氘、氚（氢的同位素）等轻 原子核的聚变反应原理制成的核武器 通常称为氢弹。
氢弹反应式
63Li01n31H42He4.8MeV 21H31H42He01n17.6MeV
氢弹结构示意图
不受控制的聚变已于1952年11月1日实现，这 就是氢弹爆炸。
每个核子的平均结合能称为比结合能： Emc2
AA
核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。
比结合能（MeV/核子）
94 82
He
7
6
82 23
Kr
U 233
92
195 73
Pt
5
4
6 3
Li
3
2
1
H 0 0
2 1 20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240
质量数A
比结合能曲线
a.最轻和最重的核 的比结合能较小。 b.大多数中等质量 的核，比结合能较 大且近似相等(都在 8MeV左右)。这说 明中等质量的核最 稳定。
获得核能途径有：裂变和聚变。
裂变炸弹——铀弹
聚变炸弹——氢弹
2、裂变
用能量为1eV以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分 裂为两个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三 个快速中子。这种重核分裂为中等质量核的过程称为 重核的裂变。
1.干净环保，基本上不排放有害气体，尤其是 不排放温室气体；
2.消耗燃料少，燃料运输成本低。 （大亚湾核电站每年仅需消耗核燃料60吨左右 ，而同等规模的火力发电站则每年需要消耗燃
煤600万吨左右。）
核电站的废物处理系统
核能利用前景
目前，全世界核电站的发电量约占总发电量 的20%。2030年将达到25%。
➢ 受控核反应：如果在受控条件下，每次裂变平均 只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反 应，这就是核反应堆中的情况。
根据原子核链式裂变反应的 原理，在意大利物理学家费 米的领导下，世界上第一座 原子核反应堆于1942年12月 6日芝加哥大学试验成功， 把人类带进了原子能时代。
根据原子核链式裂变反应的原理，美国于1945 年7月16日爆炸了世界上第一颗原子弹。
新能源利用技术
王一平 教授 天津大学化工学院 2013.6.3
第七章 核能
主要内容
概述 核能的和平利用 核能存在的问题
一、概述
1.原子核的结合能
原子核是由质子和中子组成的，它的质量等 于所有质子和中子的质量之和：
mx=Zmp+(A-Z)mn 但实验测定的原子质量mx总是小于所有核子 质量之和，这一差值称为原子核的质量亏损：
154 L 70 a 154 C 80稳 e() -定 0 1e
94 38
Sr
:
9 3S 4 8 r93Y 49-0 1e
9 3Y 4 9 9 4Z 4 0 稳 r() 定 -0 1e
➢ 原子弹：铀核裂变时放出巨大的能量，同时放出 多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的 铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目 将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应， 这就是原子弹中发生的情况。
E(MeV) (MeV)
E(MeV) (MeV)
2 1
H
2.23
3 1
H
8.47
3 2
He
7.72
4 2
He
28.3
1.11 2.83 2.57 7.07
12 6
C
92.2
16 8
O
12.75
2693Cu 552
238 92
U
1803
7.68 7.97 8.75 7.58
原子核的结合能非常大，所以一般原子核 都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的 稳定程度不同。
1954年3月1日实现，美国在太平洋上的比基尼
岛进行了一次威力巨大的氢弹爆炸实验，这颗
氢弹产生的破坏力是投向广岛的原子弹的750倍 。
我国于1967年6月17日爆炸了第一颗氢弹。
太阳的能量来自太阳内部的核聚变，地球的能 量主要来自太阳能。
二、核能的和平利用
1、核电站 如果使原子核的裂变和聚变在可以控制的
3、生产新的核燃料
➢ U238产生Pu239 ➢ Th232产生U233 ➢ 中子轰击Li产生核聚变材料氚 ➢ 有的反应堆生产出来的核燃料甚至比消耗掉
的核燃料还多。
危险的钚
4、生产放射性同位素
2 9U 3 2 0 1 n 5 1 5X 4 4 9 3 0 S e 4 8 2 0 1 r n
裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由于 中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。 它们通过一系列的衰变，放射性的中等质量的核才 转化为稳定核。
15440Xe: 154 X 40 e 154 C 50-0 s 1e 154 C 50 s154 B 60-a 0 1e 154 B 60 a 154 L 70-a 0 1e