新能源变换技术C8-核能开发与应用技术

新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室1新能源变换技术张皓新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室2第八章核能开发与应用技术•核能资源概述以及利用方法•核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室3核能原子弹爆炸8.1核能资源概述以及利用方法第八章核能开发与应用技术新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室4(1)核能•又称原子能。它是指原子核结构发生变化（核裂变、核聚变）时释放出的能量。•核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。1kg铀235=1800t石油或2800t标准煤。第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室5•它是指一个重原子核分裂成2个较轻的新原子核的过程，有自发和诱导两种，一般的核裂变指后者；•用来进行核裂变反应并连续释放能量的物质，称核裂变燃料。铀=铀238（99.28%）+铀235（0.714%）+铀234（0.006%）第八章核能开发与应用技术(2)核裂变反应8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室6第八章核能开发与应用技术(2)核裂变反应8.1核能资源概述以及利用方法核燃料235U是自然界仅有的能由热中子诱发裂变的核素。238U是只能由快中子（1MeV）诱发裂变，其主要原因是238U是偶偶核素，外来中子的结合能比较小。8.36PuPu9.35UU*240239*236235nn新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室7•“链式反应”：如果核裂变反应中产生的中子再引起其它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断地进行下去。•链式反应的速度极快，两次反应间隔时间只有2x10-14秒。•在链式反应中，后一代中子数与前一代中子数之比称为倍增系数（k）。第八章核能开发与应用技术(2)核裂变反应8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室8原子核的裂变•Pu的生产U分离技术是制造原子弹的关键技术)d35.2(PuNpmin)24(NpUUU239239239239239238TveTvenee第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室9原子核的裂变自发裂变：势垒贯穿1940年，首次发现U的自发裂变；230Th有可能发生自发裂变，T1.51017a;235U可发生自发裂变，T=1.81017a;239Pu可发生自发裂变，T=5.51013a;第八章核能开发与应用技术259Md自发裂变，T=1.8h;254Cf自发裂变，T=60.5d;252fAm自发裂变，T=14ms;8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室10原子核的裂变一个U原子可以提供约185MeV的能量，相当于化学反应的一亿倍！！！一个U原子可以提供2.5中子，可以维持链式反应！！！裂变能量分配：每个235U裂变释放约200MeV碎片的动能：170MeV中子的动能：5MeVb-,g的能量：15MeV中微子能量：10MeV第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室11•是指两个或两个以上较轻的原子核聚合成一个较重的原子核的反应；•核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。MeV3.18HeHeMeV6.17HeHMeV0.4HMeV25.3He434333pdndpddndd第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法(3)受控核聚变MeV15.4322He264npd新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室12第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法(3)受控核聚变•聚变条件库仑势垒：144KeV272keV5.6108K聚变温度：~108K，等离子体状态等离子体密度足够大，必须维持足够长的时间。Lawson判据：nt=1014s/cm3T=10keV新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室13原子核的聚变•太阳能引力约束聚变碳循环：CNeNOONNCCNNC121515151514141313131312pvppvepMeV7.26224vep第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室14原子核的聚变质子-质子循环：温度低于1.8x107K，质子-质子循环为主pdpvedpp2HeHeHe333MeV7.26224vep第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室15原子核的聚变•太阳每天燃烧5x1013吨氢，相当于3.5x1011吨的质量转化为能量；所释放的能量相当于每秒爆炸900亿颗百万吨级的氢弹太阳的质量：2x1027吨；太阳核巨变反应：引力约束等离子体；碳循环周期：6x106年，质子-质子循环周期：3x109年太阳的外层温度：6000K,太阳的中心温度：15,000,000K第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室16原子核的聚变•氢弹惯性约束聚变d+T反应截面比d+d反应大两个数量级T的制备氢弹方案：高效炸药+裂变原料+氘化锂氢弹是不可控的热核反应MeV58.17nTdMeV9.4Li6Tn第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室17•受控核聚变具有以下优点：(1)质能比高，是同质量核裂变释放能量的4倍；(2)原料足，从海水中可大量提取氘和氚；(3)无放射性，安全、清洁、不污染。•核聚变能的和平利用目前尚处于研究阶段。第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室18•热中子反应堆对天然铀的利用率很低（只有0.7%）；•快中子增殖反应堆以钚239为裂变燃料，组成堆芯，以铀238包围在堆芯周围，作为增殖层。可使天然铀的利用率达到60%~70%。第八章核能开发与应用技术(4)核电第二代——快中子增殖反应堆8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室19第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室20第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室21中国核能发展的背景•1964.10试爆原子弹•1967.06试爆原子弹•1971.10核子潜艇下水•1980.以军事技术为基础，发展核电第八章核能开发与应用技术8.1核能资源概述以及利用方法新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室22核能英国的原子能发电站第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室23(3)核电站•利用核能来发电的装置称为核电站，目前大多数核电站是利用核裂变能来发电的；•核电站的核心是核反应堆，核反应堆有多种类型，目前运行的核电站以热中子轻水堆居多；第八章核能开发与应用技术新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室24(3)核电站•1954年，前苏联建成世界上第一座核电站；•现在世界上有30多个国家的400多座核电站在运行，占世界总电力的20%左右；•我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成和正式发电，秦山二期、三期核电工程、岭澳核电工程、连云港核电工程也将于近年内建成发电。第八章核能开发与应用技术新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室25第八章核能开发与应用技术300MWPWR自行设计、建造95%件数(70%金额)自产1985-1991，6.5年完成1998後，停机修理共14個月8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室26第八章核能开发与应用技术秦山二期300MWPWR机型之放大2×600MWPWR自行设计、建造，55%自产工程費用148亿人民币($1330/KW)1996开工8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室27第八章核能开发与应用技术秦山三期2×728MWCANDU加拿大设计技术工程費用$28.8亿美元8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室28第八章核能开发与应用技术广东一期(大亚湾)引进法国技术2×900MWPWR1984整地，994，1995商轉工程費用40亿美元8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室29第八章核能开发与应用技术广东二期(领澳)2×1000MWPWR与法国法马通合作工程費用$45亿美元8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室30第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室31第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室32第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室33核能1千克铀的原子核所释放的热量，大约相当于3570吨煤燃烧时的热量。发电量为100万千瓦的电站核燃料为30吨/年六辆解放牌载重汽车运输火力电站300多万吨煤/年三列火车×40节车皮/天运输第八章核能开发与应用技术新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室34第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室35核能核能发电示意图第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室36核电站第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室37第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室38第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室39第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室40核电站的安全性•一般来说，如果防范措施得当，核电站是很安全的。历史上曾发生过两次核电站核泄露事故：一次是1979年3月18日，美国三里岛核电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸。第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室41第八章核能开发与应用技术8.2核能发电新能源变换技术主讲人：张皓2019/10/3北京印刷学院自动化教研室42•核电站的问题核电站的主要问题：放射性核废料的处理放射性核废料储存放射性核废料最终处