核能的喜和忧课件.ppt

1、核能的核能的喜喜和和忧忧n核能的来源核能的来源1.1.重元素裂变重元素裂变2.2.轻元素聚变轻元素聚变n核能喜中藏忧核能喜中藏忧1.1.后患无穷的贫铀弹后患无穷的贫铀弹2.2.可怕的钚可怕的钚239239 用慢中子轰击铀-235时，铀核分裂为两个碎核，并有几个中子射出：铀-235+中子钡+氪+（23）中子n产生的中子又会与铀反应，造成一系列的爆炸式链式反应，相应的放射性裂变会释放出巨大的能量n1克铀-235裂变释放的热量:n1吨石油完全燃烧释放的热量;n 2.5吨优质煤燃烧释放的热量。铀的储量铀的储量n 铀在陆地上的储量并不丰富，总量不超过500万吨，按目前的消耗量，仅够人类使用几十年。n在浩

2、瀚的海水中，有超过陆地几千万倍的铀，但其分布不集中，1000吨海水中仅含有3克铀，如何提取出来是一项关键性步骤。目前在研究的有：吸附法、共沉淀法、气泡分离法、藻类生物浓缩法n 需要指出的是，铀废料的放射性污染问题是令人担忧的。2.轻元素聚变n4氢核氦核+2电子n它释放的能量为裂变的3-10倍。n1克氘聚变时释放的能量4克铀-235聚变时释放的能量n同样，氘和氚也丰富地蕴藏在海水中。据科学家估算，n1M3海水中的氘聚变产生的热量 燃烧2000桶石油；n1KM3海水中的氘聚变产生的能量 全世界全部石油储量拥有的能量；n将海水中的氘全部拿来聚变释放的能量 53000亿亿吨标准煤燃烧释放的能量，足够人

3、类使用1000亿年。而且，n氘的提取方法简单；成本较低；运行安全；无放射性n因此，人类对未来核能的利用，更寄希望与核聚变能。氢的三种同位素及其三种水质子数 111中子数012同位素氕氘氚氢的氧化物普通水重水超重水各种水占地球总水量99.98%0.016%微量各种水对于生物人体之必需危害生物的死亡之水后患无穷的贫铀弹后患无穷的贫铀弹n贫铀材料及其特点n贫铀弹的开发和使用n贫铀弹的危害贫铀材料及其特点1.贫铀材料：贫铀材料：贫铀是从天然铀中提炼铀-235后的剩余物，称为铀-238。随着核工业和核武器的不断发展，贫铀作为分离浓缩铀后的尾料，与日俱增。据资料统计，每生产1公斤含3%铀235的浓缩铀，就

4、会产生56公斤的贫铀。美国在1988年贫铀库存就达到70万吨。除美国外，现在世界上拥有核动力的国家都囤积大量的贫铀，大量的贫铀对保存者来说无疑是一个很大的负担，于是对贫铀的开发和利用就成为各国军事工业研究的课题。2.贫铀材料的特点：贫铀材料的特点：n贫铀(18.7g/cm3)合金密度高、强度大、不易断裂，比钨合金更胜一筹。n贫铀合金冶炼方便，可用普通的真空熔炼法冶炼。n贫铀价格低，它是分离浓缩铀的尾料，来源丰富。贫铀弹的开发和使用n贫铀弹以其强大的穿甲能力和毁伤后效（穿甲时产生的高温和超高压会引起强烈燃烧）而被一些发达国家装备军队，大量用于坦克炮等反装甲武器，用来攻击坦克、舰艇、钢筋混凝土工事

5、等重装甲目标。n经过40年的开发研究，贫铀弹已形成一个大家族。放射性放射性n衰变：放射性元素不断自发放出、或射线：n 铀-238钍-234+氦核（-粒子）衰变n 钍-234 镤+电子（-粒子）衰变n某放射性原子数目衰变减少到一半所需的时间称为半衰期。n铀-238的半衰期为450亿年；n钍-234的半衰期为24.1天。注：图 放射性污染会使这只猪崽发生了令人心惊的基因变异。无形的放射性污染无形的放射性污染n放射性污染对生物的危害是十分严重的。放射性污染引起的放射性损伤有急性损伤和慢性损伤之分。如果人在短时间内受到大量剂量的射线、射线和中子的全身照射，就会产生急性损伤。轻者有脱毛、感染等症状。当剂

6、量更大时，会出现腹泻、呕吐等肠胃损伤症状。在极高的剂量照射下，会导致人群白血病和各种癌症发病率的增加。n1986.4.26，前苏联的切尔诺贝利核电站四号机组发生强烈爆炸，顷刻间，核泄漏、核辐射、火灾核爆炸同时发生，其后果相当于500颗原子弹的当量，受污染地区（主要在乌克兰、俄罗斯和白俄罗斯）达15万KM2，受害人口为695万，迄今因遭受辐射而死亡的人数达30多万。n这15万KM2土地，就像是苏联人在追求科学和工业化甚至军备竞赛中为自己掘下的一个巨大坟墓，杳无人烟，一切都定格在事故发生的那一刻，连新婚夫妇的衣服、结婚宴席仍原封不动地摆在那里，谁也说不清将会摆多久。n在这个巨大的坟墓里，人烟绝迹，

7、鸟兽全无，谁也不敢走进这个大坟墓。被疏散到核辐射边沿区的人，由于粮食短缺，便到林中采摘蘑菇，然而只吃了几次，就有人死在了采蘑菇的路上。这都是核辐射的后患。n决策的科学化和前瞻性是人类与环境和平相处的必要保证，正如核能，在利用它之前，就应该设计好在发生事故时如何制伏它。若没有这样的准备和技术，就不应当使用它。否则，就是在为自己挖掘坟墓。n德国人在这方面更为聪明，他们已经立法，全面禁止使用核能。贫铀弹的危害n专家实验n 人体淋巴细胞对射线极为敏感，以至一个粒子即能导致基因不稳定和染色体畸变，而这些均是癌症形成的重要原因。n 贫铀是粒子的重要放射源。英国专家认为，贫铀弹击中目标后，其中的贫铀会以粉尘

8、的形式漂浮在大气中，并最终危害饮用水链和食物链。并通过人体呼吸道进体内。如果一个人吸入了20毫克的贫铀粉末，那么，他身体细胞中的脱氧核糖核酸将每天置身于1500万个射线的照射之下。专家们因此断定，贫铀弹对人体的危害是绝对的，只要吸入这些放射性粉末，任何人都有患白血病等各种疾病的危险。贫铀弹的危害据欧盟各国统计：n 据报道，大量维和士兵抱怨受到“战争病”的困扰，已经发现50多例与贫铀弹有关的癌症、白血病病例。还有大量维和士兵出现诸如头疼、脱发、精神恍惚、失眠、烦躁等病状。n 在南斯拉夫，2000年的人口死亡率比遭受北约轰炸的1999年还上升40%，新生儿畸形比例明显增加。n 波黑战争中，美军使用

9、贫铀弹1万枚，科索沃战争使用3.1万枚。早在1991年的海湾战争中，美军就大量使用过贫铀弹，贫铀污染使伊拉克儿童的白血病发病率较战争前增加了5倍，而癌症病人数目是战争前的10倍。n著名记者唐师曾，他是在1991年的海湾战争中最后撤离伊拉克的中国记者，然而，在回国后不久，便患上了白血病。n居里夫人发现：铀沥青矿比纯铀的放射性要强。她对几十吨铀沥青矿进行提纯，得到了0.1g纯氯化镭，并先后发现了两种新元素：镤和镭。居里夫人因发现了新的放射性元素而获得了诺贝尔奖金，也因长期遭受辐射的危害而最终死于白血病。钚钚令人担忧的元素令人担忧的元素n钚的来源n钚的危害n钚钚239239的半衰期的半衰期n地球上有

10、多少钚？n核废料的存放n科学家的努力钚的来源n 钚不是天然元素，它是地道的核试验产物。1940年，美国核科学家合成出原子序数为94的钚，那以后，钚与铀一样，成为制造原子弹和核电站的原料。由于钚239成本较低，实现核反应的临界质量比铀小，所以更受科学家重视，应用范围更广泛。钚的危害n钚239所释放的射线、射线和射线均可能杀死或破坏人体染色体细胞影响或改变人体遗传密码使人患各种疾病。n绿色和平组织的核科学家卡洛斯布拉沃报告说，若在空气或城市供水中，混入1克钚239，则：n足以毒死100万只鸽子；n足以使100万人患癌症；n1微克钚在人体潜伏20年后，可能发作致癌；n通过呼吸进入人肺部的含钚239尘

11、埃，能通过血液和淋巴系统扩散到人体各部分。n1945年8月底，在美国新墨西哥州的原子弹实验基地，年轻的原子物理学家路易斯达格里恩的悲剧。钚钚239239的半衰期的半衰期n 科学研究显示，仅元素周期表中第94号钚元素就有十几种同位素，其中，n钚238的半衰期是88年；n钚239的半衰期是24110年；n钚235的半衰期是4亿年以上。n 所谓半衰期的概念就是，它们的活跃放射线时间分别为：88年、24110年、4亿年，就是说当岁月流逝这么多年后钚同位素发出射线的能力才减少一半，若待放射性完全消失，须经历的时间大约是半衰期的10倍左右。地球上有多少钚？n据资料报道，6000克钚可制造成一枚原子弹，而其

12、中仅有1克钚消失了，是它导演出了令人望而生畏的蘑菇云，按照爱因斯坦质能公式，这1克钚转化成核爆炸所需的全部能量。其能量之巨大，与2万吨三硝基炸药（TNT）相当。非常不幸的是，钚弹爆炸时，有95%的放射性钚都气化扩散到大自然中。如前介绍，钚239的半衰期约为24110年，所以，人类在20世纪5070年代进行大气层核试验产生的钚，至今仍残存在我们生活的环境中。在核试验最频繁的美国，尤其严重。地球上的钚越来越多地球上的钚越来越多n据国际原子能机构近年公布的有关核废料资料披露，20世纪全球400余座核电站共产生了19万吨核废料，其中，n美国产生了4万吨核废料；n英国产生了3万吨核废料，预计在未来10年

13、将超过4万吨。通过处理可得到100吨钚239；n亚洲日本国近50座核电站生产的核废料，可提炼10吨钚239。此外，他们还不断从欧洲进口大量核废料进行加工以获得钚239。核废料的存放n到目前为止，我们仍未找到安全处理核废料的万全之策，目前世界各国通用的做法仍是用混凝土或金属容器封装好核废料，再深埋到100m左右的地下岩洞、废气矿井或海底岩洞等核废料场中。按有关国际规定，这样的核废料场应有300年的安全期，但这仍远远小于钚239的半衰期（2万多年）。因此，经过这样处理的核废料仍存在不安全因素，它们仍然令世界各国政府和科学界为之担忧！n令人不安的是，当今世界上存在的19万吨含钚239的核废料正在衰变

14、过程中，正以15千米/秒的高速度放射粒子和其他放射线，污染着环境，危害着人类健康。科学家的努力科学家的努力n在欧洲核子研究中心工作的卡洛斯鲁比亚教授提出过一种新型核电站方案，它使用的核燃料不是钚，而是灶，灶不仅烧得干净，而且核废料中不含令人头痛的钚239，没有放射性；n英国菲尔德大学地质学家弗格斯吉布新提出把核废料深埋到的地下岩层（而非现在的1000m深）。头几天，核废料将利用自身的余热使周围岩石融化，几个月后冷却，从而把核废料罐完全包裹起来，形成一个更安全的核废料坟墓。理论推导显示，5000m的深度，应该是钚239的最好归宿。动动脑筋 从洁净、高效、环保而且安全的角度来看，未来使用什么能源最理想？