環(huán)境保護(hù)與新能源

環(huán)境保護(hù)與新能源第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)值得思考的問(wèn)題人類(lèi)社會(huì)為什么要以今天這種方式發(fā)展?（本課程之外的話(huà)題）為什么我們一定要關(guān)注環(huán)境？社會(huì)發(fā)展一定要以破壞環(huán)境為代價(jià)嗎？有沒(méi)有一種辦法既能讓社會(huì)發(fā)展又不破壞環(huán)境呢？如果有的話(huà)，我們?nèi)绾尾拍茏龅侥?？?頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境保護(hù)與新能源一、能源與社會(huì)發(fā)展二、能源與環(huán)境三、新能源第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能源是社會(huì)發(fā)展的基石第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能源與社會(huì)發(fā)展第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能源與社會(huì)發(fā)展第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、能源消耗與環(huán)境保護(hù)

《京都議定書(shū)》

為了２１世紀(jì)的地球免受氣候變暖的威脅，１９９７年１２月，１４９個(gè)國(guó)家和地區(qū)的代表在日本東京召開(kāi)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》締約方通過(guò)了旨在限制發(fā)達(dá)國(guó)家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書(shū)》。美國(guó)人口僅占全球人口的３％至４％，而所排放的二氧化碳卻占全球排放量的２５％以上?！毒┒甲h定書(shū)》規(guī)定，到２０１０年，所有發(fā)達(dá)國(guó)家排放的二氧化碳等６種溫室氣體的數(shù)量，要比１９９０年減少５.２％，發(fā)展中國(guó)家沒(méi)有減排義務(wù)。第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能源消耗與環(huán)境保護(hù)

我們消耗哪些能源——我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)世界的能源結(jié)構(gòu)石油天然氣煤其他第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

能源消耗與大氣污染污染源污染物一噸燃料或原料產(chǎn)生污染物重量(公斤)

鍋爐(燃料)粉塵、二氧化硫、一氧化碳、5～15酸類(lèi)和有機(jī)物汽車(chē)(燃料)二氧化氮、一氧化碳、酸類(lèi)、有機(jī)物40～70煉油(燃料)二氧化硫、硫化氫、氨、一氧化碳、25～150碳化氫、硫醇化工(燃料)二氧化硫、氨、一氧化碳、酸、溶媒、50～200有機(jī)物、硫化物冶金(燃料)二氧化硫、一氧化碳、氟化物、有機(jī)物50～200采礦(礦石處理加工)二氧化硫、一氧化碳、(原料)氟化物、有機(jī)物100～300每年排放的二氧化碳達(dá)210萬(wàn)噸，化石能源開(kāi)采高峰2020~2030年第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月呼喚——新能源

化石燃料（老能源）消耗所造成的嚴(yán)重環(huán)境污染以及其自身不可再生——人類(lèi)今后面臨能源枯竭社會(huì)要發(fā)展就一定要消耗大量能源，消耗大量能源就一定要破壞環(huán)境嗎？第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、新能源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用新能源風(fēng)能生物能太陽(yáng)能核能地?zé)崮艹毕軞淠艿?1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核能——原子世界的奇跡第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核能的威力體驗(yàn)——

原子彈與氫彈圖片中國(guó)第一顆氫彈爆炸成功騰起的蘑菇云→第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月束縛能束縛能就是指“把粒子從它的母體中分離出來(lái)所需要給它的能量”。比如把基態(tài)氫原子中的電子電離出來(lái)，必須給它13.55電子伏特的能量，則基態(tài)氫原子的束縛能就是13.55電子伏特。第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子核(Nucleus)的構(gòu)成原子核包含兩種粒子：中子(Neutron)與質(zhì)子(Proton)中子與質(zhì)子的質(zhì)量相近，約為電子質(zhì)量的1840倍。質(zhì)子為什么會(huì)聚在一核之內(nèi)？（萬(wàn)有引力、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用）第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中子、質(zhì)子、電子的質(zhì)量它們質(zhì)量很小，通常以“原子質(zhì)量單位”u表示1u=1.66

10-27kg1me=9.109

10-31kg=0.00055u1mp=1.67262

10-27kg=1.00730u1mn=1.67493

10-27kg=1.00869u第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子核的結(jié)合能中子的質(zhì)量質(zhì)子的質(zhì)量氘核的質(zhì)量（質(zhì)子+中子）第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核能何來(lái)核能的來(lái)源的兩個(gè)途徑可以獲得能量：重核裂變，即一個(gè)重核可裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等質(zhì)量的核，從而獲得原子能。輕核聚變。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的較輕原子核，在極高的溫度和極大的壓力下非?？拷鼤r(shí)，它們聚合在一起而形成一個(gè)較重的新原子核，同時(shí)釋放出巨大的能。第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重核裂變與輕核聚變核裂變：被中子擊中時(shí)，大原子核分裂成數(shù)個(gè)小原子核，這個(gè)過(guò)程會(huì)釋放能量。核聚變：數(shù)個(gè)小原子核結(jié)合并釋放能量。第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子能的開(kāi)發(fā)與利用一、原子能的開(kāi)發(fā)1、裂變的機(jī)制2、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3、聚變反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)二、原子能的利用1、原子彈與氫彈2、核電站3、可控核聚變的研究現(xiàn)狀與前景第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月裂變的機(jī)制——中子擾動(dòng)克服強(qiáng)相互作用裂變過(guò)程中的核形變第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核裂變反應(yīng)第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聚變反應(yīng)——高溫高壓克服電磁排斥氘和氚發(fā)生聚變后，2個(gè)原子核結(jié)合成1個(gè)氦原子核，并放出1個(gè)中子和0.176億電子伏特能量。第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)上的核聚變反應(yīng)視頻：太陽(yáng)第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子彈與氫彈——核能的直接體驗(yàn)原子彈：

它是最早研制出的核武器，它是利用原子核裂變反應(yīng)所放出的巨大能量，通過(guò)光輻射、沖擊波、早期核輻射、放射性沾染和電磁脈沖起到殺傷破壞作用。氫彈：

又稱(chēng)熱核聚變武器，它是利用氫的同位素氘、氚等輕原子核的裂變反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸的核武器。其殺傷機(jī)理與原子彈基本相同，但威力比原子彈大幾十甚至上千倍。第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子彈與氫彈圖片中國(guó)第一顆氫彈爆炸成功騰起的蘑菇云→視頻：原子彈與核能第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核電站—可控裂變反應(yīng)

——核裂變能的利用核電站一般分為兩部分：1、利用原子核裂變生產(chǎn)蒸汽的核島（包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)）和2、利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島（包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)）。第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓水堆核電站基本工作原理核島常規(guī)島視頻：核電站第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中國(guó)現(xiàn)有的核電站包括：秦山核電站（運(yùn)營(yíng)中）大亞灣核電站（運(yùn)營(yíng)中）嶺澳核電站（運(yùn)營(yíng)中）田灣核電站（建設(shè)中）三門(mén)核電站（建設(shè)中）第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大亞灣核電站廣東省深圳市龍崗區(qū)

大鵬鎮(zhèn)大坑村第31頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月嶺澳I期核電站廣東省深圳市龍崗區(qū)

大鵬鎮(zhèn)嶺澳村第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月秦山I期核電站浙江省嘉興市海鹽縣

秦山鎮(zhèn)第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月秦山II期核電站浙江省嘉興市海鹽縣

武原鎮(zhèn)楊柳山第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月秦山III期核電站CANDU型重水壓水堆由加拿大原子能源有限公司(AECLAtomicEnergyofCanadaLimited)投資設(shè)計(jì)建造并經(jīng)營(yíng)，運(yùn)行20年后產(chǎn)權(quán)和管理歸屬中國(guó)。秦山三期重水堆核電站第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三門(mén)核電站浙江省嘉興市

海鹽縣秦山鎮(zhèn)

螳螂山第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田灣核電站江蘇省連云港市連云區(qū)

高公島鄉(xiāng)田灣第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核能優(yōu)點(diǎn)減少依賴(lài)化石燃料。生產(chǎn)巨大能量。只需小量原料。鈾礦蘊(yùn)藏量足夠長(zhǎng)期使用。運(yùn)作成本較低（約為火力發(fā)電三分之一）。生產(chǎn)電力時(shí)不會(huì)造成空氣污染。第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核能的缺點(diǎn)——呼喚人類(lèi)技術(shù)進(jìn)步

如果核能發(fā)電廠(chǎng)發(fā)生爆炸就會(huì)放出大量的輻射。切爾諾貝利核電站大爆炸已有近萬(wàn)人死亡，十萬(wàn)人受到核輻射傷害，造成直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億美元，間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千億美元，后患將影響一百年以上。有專(zhuān)家認(rèn)為，蘇聯(lián)境內(nèi)將有兩萬(wàn)五千人死于核污染引起的癌癥。核廢料的處理不當(dāng)將造成輻射污染第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核能發(fā)展現(xiàn)狀與國(guó)家能源需求核能是公認(rèn)的現(xiàn)實(shí)的可大規(guī)模替代常規(guī)能源的既干凈又經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源一座百千瓦核裂變電站，300萬(wàn)噸原煤/年法國(guó)核電約占總發(fā)電量的70%左右英、美等國(guó)核電約占總發(fā)電量的20%左右,而中國(guó)大陸僅1%左右，核電可大有作為!第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

可控核聚變的研究現(xiàn)狀與前景中國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)和歐盟6大ITER成員國(guó)2005年6月28日在莫斯科敲定法國(guó)的卡達(dá)拉舍（Cadalache）為可控核聚變反應(yīng)堆建設(shè)地，這一為期30年、共計(jì)投資將超過(guò)100億歐元的國(guó)際超大型科學(xué)合作項(xiàng)目很快就將正式啟動(dòng)。第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月托卡馬克裝置托卡馬克(Tokamak)是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器。它的名字Tokamak來(lái)源于環(huán)形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線(xiàn)圈(kotushka)。最初是由蘇聯(lián)的阿齊莫維齊等人在20世紀(jì)50年代發(fā)明的。托卡馬克的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線(xiàn)圈。在通電的時(shí)候托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月托卡馬克裝置TokamakFusionTestReactor,1989,USA第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月托卡馬克裝置GlowingPlasmainsidetheTokamakFusionTestReactor第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中國(guó)的托卡馬克裝置中國(guó)的超導(dǎo)托卡馬克EAST，ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak)--中國(guó)的人造太陽(yáng)——實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核輻射及其防護(hù)

——三種射線(xiàn)

、

和

1899年盧瑟福（E.Rutherford）發(fā)現(xiàn)了

、

射線(xiàn)1900年法國(guó)維拉爾發(fā)現(xiàn)了

射線(xiàn)盧瑟福是這三類(lèi)輻射術(shù)語(yǔ)的命名者。

射線(xiàn)是帶兩個(gè)正電荷的氦核流；

射線(xiàn)是帶是帶負(fù)電的電子流；

射線(xiàn)是電中性的電磁輻射（高能光子流）。第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種射線(xiàn)在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)對(duì)這三種射線(xiàn)，用它們?cè)诖怪庇谶\(yùn)動(dòng)方向的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）中的軌跡即可區(qū)分。視頻：三種射線(xiàn)第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種射線(xiàn)穿透性比較第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放射性活度和電離輻射劑量1、放射性活度一定量的放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)的衰變數(shù)單位：1貝克勒爾（Bq）=1次衰變/秒

1居里（Ci）=3.7

1010Bq放射性活度只取決于放射源的性質(zhì)2、電離輻射與輻射劑量電離輻射：

、

與

射線(xiàn)可以直接或間接引起物質(zhì)電離第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放射性活度和電離輻射劑量3、電離輻射的照射劑量單位電離輻射劑量描述放射性射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用后使物質(zhì)發(fā)生電離能力的大小。單位：1倫琴（R）=2.58

104庫(kù)侖/千克4、吸收劑量及單位吸收劑量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的被照射物吸收輻照能量的能力單位：1戈瑞（Gray）=1焦耳/千克第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放射性活度和電離輻射劑量輻射劑量當(dāng)量和有效劑量當(dāng)量：描述生物組織對(duì)輻射吸收劑量所產(chǎn)生的效應(yīng)單位：1希沃特（Sv）=1焦耳/千克常用單位：毫希（mSv）

1Sv=1000mSv常用單位：雷姆（rem）

1Sv=100rem第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月日常生活中接觸到的輻射劑量國(guó)家規(guī)定安全劑量5mSv／年北京地區(qū)天然本底2mSv／年吃食物0.2mSv／年磚制房屋0.4mSv／年乘飛機(jī)0.01mSv／小時(shí)第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月日常生活中接觸到的輻射劑量胸部透視大于0.1mSv／次消化道造影大于13.7mSv／次吸煙20支／天1mSv／年門(mén)診透視大于0.3mSv／次泥土、空氣0.5mSv／年

第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能1、你能說(shuō)說(shuō)太陽(yáng)能的特點(diǎn)嗎？2、目前利用太陽(yáng)能的主要方法有哪些？太陽(yáng)灶太陽(yáng)能熱水器航天器太陽(yáng)能發(fā)電裝置第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能汽車(chē)第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能發(fā)電站第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能儲(chǔ)備第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了世界上第一個(gè)實(shí)用的太陽(yáng)能電池，效率為4%，于1958年應(yīng)用到美國(guó)的先鋒1號(hào)人造衛(wèi)星上。太陽(yáng)能電池逐漸由航天等特殊的用電場(chǎng)合進(jìn)入到地面應(yīng)用中。一個(gè)4KW的屋頂家用光伏系統(tǒng)可以滿(mǎn)足普通家庭的用電需要，每年少排放的CO2的數(shù)量相當(dāng)于一輛家庭轎車(chē)的年排放量。由于材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在太陽(yáng)能電池的價(jià)格不到20世紀(jì)70年代的1%。預(yù)期10年內(nèi)太陽(yáng)能電池能源在美國(guó)、日本和歐洲的發(fā)電成本將可與火力發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。目前，年均增長(zhǎng)率35%，是能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快的行業(yè)。第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UVVisibleInfrared太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理是基于光伏效應(yīng)(PhotovoltaicEffect)由太陽(yáng)光與材料相互作用而產(chǎn)生電勢(shì)。太陽(yáng)光譜圖第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)能電池的種類(lèi)按照所用材料的不同：無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體硅(單晶、多晶、非晶、復(fù)合型等）化合物半導(dǎo)體（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP等）有機(jī)太陽(yáng)能電池有機(jī)半導(dǎo)體（酞菁鋅、聚苯胺、聚對(duì)苯乙炔等）光化學(xué)太陽(yáng)能電池（納米TiO2等）第60頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池工作原理當(dāng)太陽(yáng)能電池受到陽(yáng)光照射時(shí)，光與半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)靠半導(dǎo)體內(nèi)形成的勢(shì)壘分開(kāi)到兩極，正負(fù)電荷分別被上下電極收集。由電荷聚集所形成的電流通過(guò)金屬導(dǎo)線(xiàn)流向電負(fù)載。

第61頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展表1無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的性能及應(yīng)用單晶硅：澳大利亞新南威爾士大學(xué)格林教授發(fā)電成本可降低為5~8美分/（kW·h）M.Gr?tzel,Photoelectrochemicalcells,Nature2001(414),338第62頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)太陽(yáng)能電池工作原理:有機(jī)半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子和空穴束縛在激子(excitons)之中,電子和空穴在界面(電極和導(dǎo)電聚合物的結(jié)合處)上分離。

研究進(jìn)展:美國(guó)加州伯克利分?？茖W(xué)家在2002年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽(yáng)能電池，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上。提供0．7V的電壓。特點(diǎn)：價(jià)格低、易成型，通過(guò)化學(xué)修飾調(diào)控性能。第63頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

色素敏化光化學(xué)太陽(yáng)能電池（DSSCs）

陽(yáng)極：染料敏化半導(dǎo)體薄膜

TiO2、染料陰極：鍍鉑的導(dǎo)電玻璃電解質(zhì)：I3-/I-第64頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作