关于核裂变(核电站)与环境污染的报告

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1、 关于核裂变（核电站）与环境污染的报告一个假期已经结束了，在中恒学校领导与指导老师的大力支持与本组成员积极努力的探索下，本组课题已取得了成果，下面对本组成员研究成果进行总结。一 选题背景现代社会，核能作为一种新能源越来越受到人们的关注，对它充满了好奇，为什么它能有如此大的能量。但与此同时，核污染也逐渐受到人们的重视。鉴于此，我组决定对核裂变（核电站）及环境污染进行学习探究。二 总体介绍我组研究的课题是核裂变（核电站)与环境污染，在这一个假期中，我组成员各司其职，互相配合，对该课题进行了深入探究。分别从核裂变及其原理，核电站的结构，核电站的隐患，核辐射，核污染对环境影响，生活中的辐射等方面入手，

2、进行探究。在了解其基本原理以及核污染对环境的影响后，纷纷提出自己的意见建议。在放假期间我组成员进行了多方探究，有的请教老师，有的查资料，有的去采访。然后在组内进行交流讨论，发掘其中有价值的资料并加以利用。为了本次研究，我组建立了一个 QQ 群，便于组内交流。在多方努力下，课题研究终于顺利完成了。三 研究成果1 核裂变及其原理核裂变又称核分裂，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。当然，并不是所有的原子核都可以分裂，只有一些质量大的原子核，像铀，钍等才能发生裂变。在具备这一个条件后，还不能保证原子核可以分裂，需要吸收一个中子，吸收一个中子后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出两个到三个中

3、子，并放出很大的能量，而放出的中子和能量又能使别的原子核发生核裂变，使这个过程持续进行下去，这种过程叫链式反应。我们经常说原子能，但也许并不知其含义，其实原子能就是上面所说原子核裂变是释放的巨大能量。那么原子能能量到底有多大呢？举个例子吧，一吨铀-235的核的裂变将产生 20000 兆瓦小时的能量，足以让 20 兆瓦的发电站运转 1000小时，与燃烧 300 万吨煤释放的能量一样多。铀裂变在核电厂最常见，核裂变的分裂方式可分为自发裂变和感生裂变。自发裂变是没有外部作用时的裂变，类似于放射性衰变，是重核不稳定性的一种表现；感生裂变是在外来粒子（最常见的是中子）轰击下产生的裂变。核裂变是在 193

4、8 年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子 武器原子弹。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量。目前，人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行，核电站就是这样的装置。 裂变释放能量是因为原子核中质量能量的储存方式以铁及相关元素(见核合成 )的核的形态最为有效。从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以，重核能够分裂为较轻核(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。然而，很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成

5、，即使在形成时要求输入能量(取自超新星爆发)，它们却是很稳定的。不稳定的重核，比如铀-235 的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。核反应堆有多种类型，按引起裂变的中子能量可分为：热中子堆和快中子堆。热中子的能量在 0.1eV（电子伏特）左右，快中子能量平均在 2eV 左右。

6、目前大量运行的是热中子堆，其中需要有慢化剂，通过它的原子与中子碰撞，将快中子慢化为热中子。慢化剂目前用的是水、重水或石墨。根据慢化剂和冷却剂和燃料不同，热中子堆可分为轻水堆（用轻水作慢化剂和冷却剂稍加浓铀作燃料） 、重水堆（用重水作慢化剂和冷却剂稍加浓铀作燃料）和石墨水冷堆（石墨慢化，轻水冷却，稍加浓铀） ，轻水堆又分压水堆和沸水堆。2 核燃料循环核燃料循环（nuclear fuel cycle） ，为核动力反应堆供应燃料和其后的所有处理和处置过程的各个阶段。它包括铀的采矿，加工提纯，化学转化，同位素浓缩，燃料元件制造，元件在反应堆中使用，核燃料后处理，废物处理和处置等。核燃料循环有 3 种主

7、要型式：一次通过。使用过的燃料元件不进行后处理，而直接作为废物加以处置。热中子堆中再循环。使用过的燃料元件经后处理回收其中未用完的铀和新产生的钚，返回重新制造元件，循环使用。快中子增殖堆中再循环。快中子增殖堆燃料由钚和贫化铀构成。使用过后，经后处理回收其中铀和钚，返回循环使用。在这种反应堆中由铀 238 吸收中子生成的钚比由于裂变而消耗掉的钚还要多，因此可以实现核燃料（钚）的增殖。核燃料循环以反应堆为中心，划分为堆前部分（前段）和堆后部分（后段） 。前段指核燃料在入堆前的制备，包括铀矿的开采、铀矿石的加工精制（即前处理） 、铀的转化、铀的浓缩和燃料元件制造等过程。后段指从反应堆卸出的乏燃料的处

8、理，包括乏燃料的中间储存，乏燃料中铀、钚和裂变产物的分离（即核燃料后处理） ，以及放射性废物处理和放射性废物最终处置等过程。3 核电站（1）核电站的结构核 电 站 是 怎 样 发 电 的 呢 ？ 简 而 言 之 ， 它 是 以 核 反 应 堆 来 代 替火 电 站 的 锅 炉 ， 以 核 燃 料 在 核 反 应 堆 中 发 生 特 殊 形 式 的 “燃 烧 ”产 生热 量 ， 来 加 热 水 使 之 变 成 蒸 汽 。 蒸 汽 通 过 管 路 进 入 汽 轮 机 ， 推 动 汽 轮 发 电机 发 电 。 一 般 说 来 ， 核 电 站 的 汽 轮 发 电 机 及 电 器 设 备 与 普 通 火

9、 电 站 大 同 小异 ， 其 奥 妙 主 要 在 于 核 反 应 堆 。核 电 站 除 了 关 键 设 备 核 反 应 堆 外 ， 还 有 许 多 与 之 配 合 的 重要 设 备 。 以 压 水 堆 核 电 站 为 例 ， 它 们 是 主 泵 ， 稳 压 器 ， 蒸 汽 发 生 器 ， 安 全壳 ， 汽 轮 发 电 机 和 危 急 冷 却 系 统 等 。 它 们 在 核 电 站 中 有 各 自 的 特 殊 功 能 。 主 泵 如 果 把 反 应 堆 中 的 冷 却 剂 比 做 人 体 血 液 的 话 ， 那 主 泵 则是 心 脏 。 它 的 功 用 是 把 冷 却 剂 送 进 堆 内 ，

10、然 后 流 过 蒸 汽 发 生 器 ， 以 保 证 裂变 反 应 产 生 的 热 量 及 时 传 递 出 来 。稳 压 器 又 称 压 力 平 衡 器 ， 是 用 来 控 制 反 应 堆 系 统 压 力 变 化 的设 备 。 在 正 常 运 行 时 ， 起 保 持 压 力 的 作 用 ； 在 发 生 事 故 时 ， 提 供 超 压 保 护 。稳 压 器 里 设 有 加 热 器 和 喷 淋 系 统 ， 当 反 应 堆 里 压 力 过 高 时 ， 喷 洒 冷 水 降 压 ；当 堆 内 压 力 太 低 时 ， 加 热 器 自 动 通 电 加 热 使 水 蒸 发 以 增 加 压 力 。蒸 汽 发 生

11、器 它 的 作 用 是 把 通 过 反 应 堆 的 冷 却 剂 的 热 量 传 给 二次 回 路 水 ， 并 使 之 变 成 蒸 汽 ， 再 通 入 汽 轮 发 电 机 的 汽 缸 作 功 。安 全 壳 用 来 控 制 和 限 制 放 射 性 物 质 从 反 应 堆 扩 散 出 去 ， 以 保护 公 众 免 遭 放 射 性 物 质 的 伤 害 。 万 一 发 生 罕 见 的 反 应 堆 一 回 路 水 外 逸 的 失水 事 故 时 ， 安 全 壳 是 防 止 裂 变 产 物 释 放 到 周 围 的 最 后 一 道 屏 障 。 安 全 壳 一般 是 内 衬 钢 板 的 预 应 力 混 凝 土 厚

12、 壁 容 器 。汽 轮 发 电 机 核 电 站 用 的 汽 轮 发 电 机 在 构 造 上 与 常 规 火 电 站 用 的大 同 小 异 ， 所 不 同 的 是 由 于 蒸 汽 压 力 低 ， 汽 轮 发 电 机 体 积 比 常 规 火 电 站 的大 。危 急 冷 却 系 统 为 了 应 付 核 电 站 一 回 路 主 管 道 破 裂 的 极 端 失 水事 故 的 发 生 ， 近 代 核 电 站 都 设 有 危 急 冷 却 系 统 。 它 是 由 注 射 系 统 和 安 全 壳喷 淋 系 统 组 成 。 一 旦 接 到 极 端 失 水 事 故 的 信 号 后 ， 安 全 注 射 系 统 向 反

13、 应 堆内 注 射 高 压 含 硼 水 ， 喷 淋 系 统 向 安 全 壳 喷 水 和 化 学 药 剂 。 便 可 缓 解 事 故 后果 ， 限 制 事 故 蔓 延 。(2)世 界 核 电 站 发 展 趋 势 1 提 高 安 全 性 、 改 善 经 济 性 成 为 核 电 技 术 发 展 的 主 要 趋 向 。2 延 长 在 役 核 电 站 的 寿 期 已 是 世 界 各 国 都 实 际 采 取 的 行 动 。3 单 机 容 量 继 续 向 大 型 化 方 向 发 展 。4 采 用 非 能 动 安 全 系 统 、 简 化 系 统 、 减 少 设 备 来 提 高 安 全性 。5 为 便 于 堆

14、内 安 全 系 统 的 设 置 和 安 排 一 般 采 用 两 个 或 四 个的 偶 数 环 路 。6 仪 表 控 制 系 统 （ I&C） 的 数 字 化 和 施 工 建 设 的 模 块 化 。7 发 展 快 中 子 堆 技 术 ， 建 立 闭 式 核 燃 料 循 环 ， 使 核 电 能 可持 续 发 展 。8 模 块 化 高 温 气 冷 堆 受 到 关 注 。4 核 辐 射 与 核 污 染(1)核 辐 射核 辐 射 ， 或 通 常 称 之 为 放 射 性 ， 存 在 于 所 有 的 物 质 之 中 ， 这是 亿 万 年 来 存 在 的 客 观 事 实 ， 是 正 常 现 象 。 核 辐 射

15、 是 原 子 核 从 一 种 结构 或 一 种 能 量 状 态 转 变 为 另 一 种 结 构 或 另 一 种 能 量 状 态 过 程 中 所 释 放 出 来的 微 观 粒 子 流 。 核 辐 射 可 以 使 物 质 引 起 电 离 或 激 发 ， 故 称 为 电 离 辐 射 。电 离 辐 射 又 分 直 接 致 电 离 辐 射 和 间 接 致 电 离 辐 射 。 直 接 致 电 离 辐 射 包 括 质子 等 带 电 粒 子 。 间 接 致 电 离 辐 射 包 括 光 子 、 中 子 等 不 带 电 粒 子 。 放 射性 物 质 以 波 或 微 粒 形 式 发 射 出 的 一 种 能 量 就

16、叫 核 辐 射 ， 核 爆炸和核事故都有核辐射核辐射主要是 、 三种射线。 射线是氦核，只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大。 射线是电子流，照射皮肤后烧伤明显。这两种射线由于穿透力小，影响距离比较近只要辐射源不进入体内，影响不会太大。 射线的穿透力很强，是一种波长很短的电磁波。(2) 核辐射对生物体作用机制辐射对生物系统的原初作用，主要指对各种生物大分子（核酸、蛋白质、酶和酯）的直接作用和间接作用。生物分子直接吸收辐射能而被电离和激发，进而发生结构的变化，叫做直接作用。辐射能被生物分子周围的水分子吸收并引起水的分解，产生羟自由基、水合电子和氢原子(H)等反应性很高的自由基。它们通过扩散与生物分子发生化学反应并引起后者结构的改变；这种作用叫做间接作用。直接作用和间接作用的相对比例，取决于辐射能量损失的空间分布和生物系统的化学成分，也和生物系统的空间结构有关。（