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1、4-4.核能的利用与环境保护,核能开发的历史进程,1. 1919年，英国卢瑟福用粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子。 2. 1932年，查得威克发现中子3. 1934年，法国约里奥居里夫妇用粒子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出正电子蜕变为硅。 4. 卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均没有意识到原子能的实际利用近在眼前。,核能开发的历史进程,1. 1933年，爱因斯坦移居美国 2. 1938年，费米逃往美国 3. 德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革 4. 1933年，匈牙利物理学家齐拉德（18981964）已经意识到核能的开发可能用于军事 5. 1935年，建
2、议物理学家暂缓发表研究成果 6. 1939年，玻尔认为核能利用为时尚早 7. 1939年，爱因斯坦、萨克斯、罗斯福说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹。,核能开发的历史进程,1. 1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发现通过石蜡减速之后的慢中子，裂核能力更强。费米因此获38年诺贝尔物理奖。 2. 1938年，德国哈恩发现铀嬗变后出现的新元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜想，以解释铀实验。并称裂变过程要放出大量能量。 3. 费米提出链式反应概念。 4. 1939年9月1日，第二次世界大战正式打响,核能开发的历史进程,1. 1940年，美国政府正式大量拨款，启动“
3、曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑 2. 1941年12月1942年12月，费米在芝加哥研制原子反应堆 3. 铀235、钚239的提纯 4. 1943年1月1945年7月。奥本海默在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。 5. 7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。比一千个太阳都亮。 6. 曼哈顿工程：动员50万人，耗费22亿美元，占用全国三分之一的电力,核能开发的历史进程,1. 1944年底，盟军的特工小组已经发现德国造不出原子弹 2. 科学家的犹豫： 继续干吗？缺乏政治和道义上的支持 不干吗？不符合现代科学技术的精神 好的理由：应该让全人类知道它的威力 3. 齐拉德、爱因斯
4、坦的态度 4. 1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎,核能开发的历史进程,1. 核军备竞赛：盟国之争 2. 1945年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹 3. 1949年8月，苏联成功地进行了核实验 4. 1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹 5. 1953年8月，苏联研制氢弹成功 6. 1952年10月3日，英国研制成功原子弹 7. 1960年2月13日，法国研制成功钚弹 8. 1964年10月16日，中国试爆成功原子弹,前苏联于1954建成世界上第一座核电站；至今已有30多个国家和地区的400多座核电站处在运行之中。 右图列出1995年一些国家核电占各自总电力
5、的百分率。,第二次世界大战结束后，科学家迅速将原子能的利用转向和平用途。,二、核电站,利用反应堆中的核燃料裂变放出的核能转变为电能的发电厂，叫做核电站。,解决能源危机根本途径核能 1942年费米主持建立了世界上第一个“核反应堆”，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。 可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。 核聚变资源可使用几亿年。,核能-解决能源危机的根本途径 核发电量占总发电比例最多的10个国家是： 法国 75% 立陶宛 73.1% 比利时 57.7% 保加利亚 47.1% 斯洛伐克 47% 瑞典 46.8% 乌克兰 43.8% 韩国 42.8% 匈牙利 38.3% 亚美尼亚 36.4%
6、,世界核能发电占全部电量1/6,链式反应的应用 核电站慢中子反应堆,核反应堆,通过受控核裂变反应获得核能的装置，可使裂变产生的中子数等于各种过程消耗的中子数, 以形成所谓的自持链反应(self-sustaining chain reaction)。,1960年，美国的德累斯顿沸水堆核电站投入运行，它主要由沸水堆本体、蒸汽给水系统和其它辅助系统组成。目前这种类型的核电站所占比例仅次于压水堆核电站，我国目前没有这种类型的核电站。 1968年，加拿大角坎杜堆核电站运行，它由重水堆本体、一次冷却回路、二次回路及其它辅助系统组成。目前，这种类型核电站所站比例排在第三位，我国在建的秦山三期核电站即属这种类
7、型。 1974年，法国建成了“凤凰”示范快堆核电站，它由快中子堆本体、一回路钠、二回路钠、三回路水及其它辅助系统组成。目前，这种类型核电站所占比例最小，它的最大特点是在运行中能够实现核燃料的增殖，我国将建一座实验快（中子）堆。,世界第一座核反应堆 （天然铀52吨、高纯石墨1000多吨，总重1400吨）,我国第一座实验性反应堆是在1954年6月建成投入运行的，我国自行设计研制、建造的秦山核电站已经运行发电了；广东大亚湾电站第一期工程也已建成，并运行发电了，全部建成后年发电量可达100亿度。 因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，
8、以保证核电站的安全运行。我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用。,核电站秦山核电站,秦山核电站,中国快堆在建设中,1. 原子弹 足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1 kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。,任何有核反应堆的国家都不难得到爆炸级的裂变材料，原子弹的基本设计又如此简单，从而为防止核武器扩散带来了困难。,二.核武器,原子弹,美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多广岛市区80%的建筑化为灰烬
9、，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37% ,原子弹,原子弹,在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒,“小玩意儿”钚装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑,在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡,“原子弹之父” 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光
10、异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉我是死神，我是世界的毁灭者”,原子弹,广岛红十字医院里，一个严重烧伤的学生仰面躺在一张草席上。他的五官几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了。四天后他死了。,倒塌的钢架结构建筑物,2.氢弹,三种炸药：,普通炸药,235,氘、氚,爆炸,裂变,聚变,氢弹爆炸形成的磨姑云,邓稼先,杨振宁,悼邓稼先词 （张爱萍） 踏遍戈壁共草原， 二十五年前， 连克千重关， 群力奋战自当先， 捷音频年传。 蔑视核讹诈， 华夏创新篇， 君视名利如粪土， 许身国威壮河山， 功勋泽人间。,1964年10月16日中国爆炸了第一颗原子弹。,1967年6月17日中国爆炸了第一颗氢弹。,
11、过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用,20世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性,遭原子弹炸后的广岛,放射性污染和防护,为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：,检测辐射装置,全身污染检测仪,辐射检测系统,辐射源的存放,铀,（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄 （2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里 （3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源,放射性的防护,1.放射性废水的处理 放射性废水的处理方法主要有稀释排放法、放置衰变法、混凝沉降法、离子变换法、蒸发法、沥青固化法、水泥固化法、塑料固化法以及玻璃固化法等。 2.放射性废气的处理 (1)铀矿开采过程中所产生废气、粉尘，一般可通过改善操作条件和通风系统得到解决。 (2)实验室废气，通常是进行预过滤，然后通过高效过滤后再排出。 (3)燃料后处理过程的废气，大部分是放射性碘和一些惰性气体。 3.放射性固体废物的处理和处置 放射性固体废物主要是被放射性物质污染而不能再用的各种物体 (1)焚烧 (2)压缩 (3)去污 (4)包装,放射性物质处理方法,核反应堆外层的厚厚的水泥建筑,防护,操作放射性物质的设备,在防护状态下操作放射性物质,
