研究生自然辯證法結(jié)課論文

PAGE1學(xué)校代碼：10128學(xué)號：20121800110學(xué)校代碼：10128學(xué)號：20121800110自然辯證法結(jié)課論文自然辯證法結(jié)課論文（論文題目：核能源與論文題目：核能源與材料學(xué)學(xué)生姓名：學(xué)院：材料科學(xué)與工程專業(yè)：材料工程任課教師：二〇一二年十二月摘要隨著人類的飛速發(fā)展，而發(fā)展一直得益于化石能源的廣泛投入，以至于當(dāng)前人類面臨著化石能源枯竭的現(xiàn)狀。核能源卻能恰到好處的滿足人類對于能源的需求。核能發(fā)電的成本較低，同時核能能夠產(chǎn)生巨大的能量。但是，核反應(yīng)的控制必須依賴于材料學(xué)科技術(shù)的支撐。本文重點討論了材料科學(xué)在核工業(yè)的有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，同時還介紹了核能源與材料的主要議題和有關(guān)技術(shù)進展。關(guān)鍵詞：核能源；材料學(xué)；核應(yīng)用對核反應(yīng)堆的有效控制，我們完全刻可以避免各種核安全問題。對于核反應(yīng)堆的安全性控制我們不得不想到核材料，比如高溫氣冷堆重要的慢化劑、反射層和結(jié)構(gòu)材料,其氧化腐蝕性能對反應(yīng)堆安全運行至關(guān)重要,因此已成為核材料學(xué)科的研究熱點之一。慢化劑讓核反應(yīng)的效率下降，從而使核裂變速度放慢，能有效的調(diào)控反應(yīng)堆的溫度，大大提高反應(yīng)堆的安全性。慢化劑可以降低反應(yīng)堆對反應(yīng)空間壓強的要求，可以使反應(yīng)堆的體積和質(zhì)量大大減小，這對于制造空間、遠程飛機等需要特殊能源的微型反應(yīng)堆其有重要意義。二核能源的應(yīng)用核電是濃集、清潔、安全和經(jīng)濟的能源。首先核能是高度濃集的能源，核電站可建立在最需要用電的地方不受燃料運輸?shù)南拗?。l公斤鈾裂變產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于1公斤標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒后產(chǎn)生熱量的270萬倍[3]。因此核電站特別適合于缺乏常規(guī)能源而又急需用電的地區(qū)如我國的東南、華南地區(qū)。核能是后備儲量最豐富的能源，鈾在地球上的儲量相當(dāng)豐富，等于有機燃料儲量的20倍。核能是清潔的能源，有利于保護環(huán)境目前，世界上80%的電力來自燒煤或燒油的火力發(fā)電站，燃燒后的煙氣排放到大氣中嚴(yán)重污染環(huán)境。相同規(guī)模的火電站釋放出的放射性比核電站大幾倍[4]。核工業(yè)的主要業(yè)務(wù)范圍包括：鈾礦勘探、鈾礦開采與鈾的提取、燃料元件制造、鈾同位素分離、反應(yīng)堆發(fā)電、乏燃料后處理、同位素應(yīng)用以及與核工業(yè)相關(guān)的建筑安裝、儀器儀表、設(shè)備制造與加工、安全防護及環(huán)境保護。日本是第一個以核電為主要電力來源的國家，其核能發(fā)電，約占總發(fā)電量的三分之一。1997年建成的柏崎刈羽核電站，至今仍是世界上裝容量最大的核電站。根據(jù)國際原子能機構(gòu)2011年1月公布的最新數(shù)據(jù)，目前全球正在運行的核電機組已經(jīng)達到442個，還有正在建設(shè)的核電機組65個，核電發(fā)電量約占全球發(fā)電總量的16%。而至2010年底，全球已經(jīng)有60多個國家提出了發(fā)展核電的計劃，包括阿聯(lián)酋等這樣的富油國家。來自國際原子能機構(gòu)的預(yù)測，全球核能發(fā)電量在今后20年將會提高一倍[5-6]。近些年，對于核能源的應(yīng)用正在向更寬廣更深入方向發(fā)展，對于各國對于核能的應(yīng)用各有抉擇，表1-1為世界各國核電站排名情況[4]。表1-1世界核電站排名數(shù)量排名國家或地區(qū)核反應(yīng)堆機組數(shù)量占總發(fā)電量份額(%)1美國10419.82法國5975.03日本5334.74英國3528.95俄羅斯2914.46德國1931.27韓國1642.88加拿大1412.49烏克蘭1443.810中國122011印度112712瑞典1146.813西班牙931.014比利時757.7三中國核能發(fā)展的趨勢中國能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主體，清潔優(yōu)質(zhì)能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預(yù)計到2020年約為4000萬千瓦[7]。核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸[8]。核電的另一個優(yōu)勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，對于發(fā)展迅速環(huán)境壓力較大的中國來說，再合適不過。中國正在加大能源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度。積極發(fā)展核電、風(fēng)電、水電等清潔優(yōu)質(zhì)能源已刻不容緩。中國核電發(fā)展的技術(shù)路線和戰(zhàn)略路線一直在不斷的進行著，當(dāng)前發(fā)展壓水堆，中期發(fā)展快中子堆，遠期發(fā)展聚變堆。具體地說就是，近期發(fā)展熱中子反應(yīng)堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環(huán)的技術(shù)路線，中期發(fā)展快中子增殖反應(yīng)堆核電站；遠期發(fā)展聚變堆核電站，從而基本上可以解決能源需求的矛盾。近些年來，中國也正通過改變發(fā)展體制，通過發(fā)展一些高效環(huán)保能源來擺脫對與煤炭等不可再生資源的依賴[9]。四材料學(xué)在核能發(fā)展中的應(yīng)用隨著人類對核能需求的快速增長，為應(yīng)對核能發(fā)展的挑戰(zhàn)，世界主要核能國家已經(jīng)開始了先進核能系統(tǒng)的研發(fā)。新材料與新技術(shù)被認(rèn)為將在未來先進核能系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。4.1納米材料納米技術(shù)的應(yīng)用納米材料與納米技術(shù)顯示了在未來核能中廣泛的潛在應(yīng)用前景。比如其中高溫氣冷堆重要的慢化劑、反射層和結(jié)構(gòu)材料,其氧化腐蝕性能對反應(yīng)堆安全運行至關(guān)重要,因此已成為核材料學(xué)科的研究熱點之一[10]。慢化劑讓核反應(yīng)的效率下降，從而使核裂變速度放慢，能有效的調(diào)控反應(yīng)堆的溫度，大大提高反應(yīng)堆的安全性。慢化劑表面的防護層必須通過具有非晶結(jié)構(gòu)的納米級材料來進行封孔處理。4.2核反應(yīng)材料的應(yīng)用核燃料元件是反應(yīng)堆的核心部件，而核燃料則是核心中的核心。核燃料的設(shè)計和制造必須考慮以下幾方面的技術(shù)要求。一方面，核燃料的組成和結(jié)構(gòu)直接影響其穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化的效率以及核燃料元件的燃耗和使用壽命;另一方面，核燃料需要長期在強輻照、高溫和強腐蝕等極端條件下工作，核燃料的晶體結(jié)構(gòu)容易變得不穩(wěn)定;此外，可裂變材料在堆內(nèi)裂變產(chǎn)生多種裂變產(chǎn)物元素，而這些裂片元素的固體物理化學(xué)性質(zhì)同母核相比通常會有很大的差異，從而使其原有的化學(xué)鍵和配位環(huán)境發(fā)生改變而導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。由于其復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，核燃料的研發(fā)和認(rèn)證是一項非常耗時和艱巨的工作。加上不同堆型對燃料的要求也不盡相同，幾十年來，核燃料的研發(fā)和認(rèn)證一直不夠系統(tǒng)。能在極端條件下穩(wěn)定工作的先進核燃料是學(xué)者們努力的方向[11]。五結(jié)束語隨著技術(shù)革新，未來能源結(jié)構(gòu)必定是多能互補，各顯其能的時代?，F(xiàn)階段就應(yīng)該加快提高新能源和可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例。新能源和可再生能源由于污染少甚至無污染，對環(huán)境保護十分有利。但是，一切工業(yè)的發(fā)展都離不開材料學(xué)，材料可以說是一切工業(yè)發(fā)展的基石。所以，對于我們每一個材料人應(yīng)該肩負(fù)起這一偉大的使命。參考文獻[1]伍浩松.\o"世界能源需求與核電"世界能源需求與核電[J].國外核新聞,2007,(02)：1-2[2]趙慶波,單葆國.\o"世界能源需求現(xiàn)狀及展望"世界能源需求現(xiàn)狀及展望[J].中國能源,2002,(02)：20-23[3]韋中桑.漫談核能的歷史[M].現(xiàn)代物理知識.2005,3(18)[4]能源研究報告課題組.\o"《能源需求與發(fā)展研究報告》要點介紹"《能源需求與發(fā)展研究報告》要點介紹[J].福建能源開發(fā)與節(jié)約,2000,(04):3-5[5]\o"國際能源署將幫助我國儲石油"國際能源署將幫助我國儲石油[J].石油庫與加油站,2003,(06):15-19

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