理论教育 从原子核中释放出的能量:核能的应用领域

从原子核中释放出的能量:核能的应用领域

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:原来,原子核内有三种不同的能量:原子核内粒子的动能;粒子之间电磁相互作用而产生的电势能;以及强大的核力产生的引力势能。这第三种能量就是原子核的结合能。核能发电作为一种新型的能源,发展迅速。法国、德国等国建造的发电和供热联合机组核热电厂,通过抽气旁路将蒸汽提供给工业使用,更进一步提高了核能利用的效率。此外,核能还可作为火箭、宇宙飞船、人造卫星、太空探测器等的动力能源。

从原子核中释放出的能量:核能的应用领域

巨大的核能来自何处呢?原来,原子核内有三种不同的能量:原子核内粒子的动能;粒子之间电磁相互作用而产生的电势能;以及强大的核力产生的引力势能。这第三种能量就是原子核的结合能。当原子核经过变化后,形成结合能更大的新核时,就会放出原子核内的能量——核能。

原子弹是核能在瞬间全部释放出来,因此具备很大的破坏性。但反应堆中的核能在一系列控制作用下能慢慢地把巨大的能量释放出来,从而产生热量,使流经反应堆的冷却剂温度升高。冷却剂带出反应堆的热量去加热二回路的水,产生蒸汽推动汽轮机发电。

由于核燃料资源丰富,运输和贮存方便,核电站又具有对环境污染小、发电成本低等优点。自20世纪50年代初建立了第一座商用核电厂以来,核能发电越来越为人们所重视。许多国家和地区先后建造和发展了核电厂。

核能发电作为一种新型的能源,发展迅速。从出现第一座核电厂到20世纪90年代,40年的时间几乎走完了常规电厂100多年的发展历程。到1994年6月底,世界上已运行的核电厂有414座,发电容量约为3.6亿千瓦;正在建造的有98座,装机容量为0.58亿千瓦。到20世纪末,核电装机容量可达5亿千瓦,发电量占世界总发电量的20%左右。世界核电厂的统计值见表1。

根据国际原子能机构报道,截至1994年12月31日,全世界运行中和建造中的核电机组共480套,比1993年12月31日的多2套。下表按国家逐一列出运行中和建造中的核电机组数、核发电量及其在总发电量中的份额。

世界核电机组一览表

∗包括在中国台湾省运行中的6套机组(总发电量33.48TWh;核电份额:31.72%)(www.daowen.com)

从已运行的核电厂装机容量来看:美国居首位,其核电装机容量约1亿千瓦,占世界的1/3。其次是法国、日本德国、俄罗斯、加拿大、美国、瑞典。

从发展速度来看:法国、日本、德国发展最快。特别是法国政府于1974年就决定停止建造火电厂,以核电逐步代替火电。目前法国核电已占本国总发电量的75.29%,立陶宛更是高达76.37%,其次是比利时55.77%,瑞典51.13%。

从发展趋势看:在今后30年内世界上将有更多国家和地区拥有核电厂。据国际原子能机构统计,至21世纪初,将有58个国家和地区拥有或建造核电厂,电厂的总数将达到1000台,装机容量将超过8亿千瓦,核发电量占总发电量的35%以上。由此可见,在21世纪相当长的一段时间内,核电将成为电力工业的重要支柱。

核能除用于发电外,近年来还发展建造了核供热站,如前苏联、加拿大等国建造的低温核供热站,利用低温反应堆的热量生产低温蒸汽或热水,供工厂和居民区作工业热源或生活供热。法国、德国等国建造的发电和供热联合机组核热电厂,通过抽气旁路将蒸汽提供给工业使用,更进一步提高了核能利用的效率

此外,核能还可作为火箭、宇宙飞船、人造卫星太空探测器等的动力能源。由于核能动力不需要空气助燃,因此它可以胜任地下、水中、太空中等缺乏空气环境下的特殊动力。目前,正在运行的人造卫星中有许多就安装了长寿命的核电池,专家们还在十分认真地考虑建造海底核电厂来作为人类开发海底资源的理想动力。

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