新能源發(fā)電 第14講 （西安交大）.ppt

1、鈾濃縮,核電站使用的鈾燃料要求鈾-235的含量達(dá)到2%5%,有些堆要求10%25%,核武器要求鈾-235的富集度達(dá)到90%.從礦石中提煉的天然鈾中鈾-235的含量只有0.7% 鈾濃縮就是提高鈾中鈾-235的含量(富集度),實(shí)際上是進(jìn)行鈾-235和鈾-238的同位素分離.由于鈾-235和鈾-238的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)相同,僅原子核的質(zhì)量數(shù)相差3,目前就是靠這點(diǎn)細(xì)小的差別進(jìn)行分離的,因而該技術(shù)屬十分敏感的高度機(jī)密技術(shù).,目前常用的分離方法有氣體擴(kuò)散法,氣體離心法和空氣動(dòng)力學(xué)法.分離時(shí)需將鈾轉(zhuǎn)化成易揮發(fā)的六氟化鈾,集富后再還原成其他形式. 離心機(jī)轉(zhuǎn)速20萬(wàn)轉(zhuǎn)/分,上百級(jí)串聯(lián),消耗大量的能量.,核能的

2、軍事應(yīng)用,原子彈 利用鈾-235和钚-239核材料在瞬間進(jìn)行許多代鏈?zhǔn)椒磻?yīng),釋放出巨大的能量,產(chǎn)生大規(guī)模的殺傷力的武器. 核材料的純度要求 鈾-235純度90%以上,钚-239純度93%以上. 臨界質(zhì)量 能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小質(zhì)量.在起爆前必須避免材料達(dá)到臨界,一旦起爆必須迅速轉(zhuǎn)變成超臨界.臨界質(zhì)量與幾何形狀、物理密度及中子反射層的布置有關(guān).,槍式原子彈 將一小塊材料用炸藥推進(jìn)到兩塊處于次臨界狀態(tài)的核材料之間,使整個(gè)核材料系統(tǒng)變?yōu)槌R界,引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng).缺點(diǎn)是,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度慢,材料利用率低(僅1.2%),美國(guó)投在廣島的原子彈就是這種形式.內(nèi)裝65kg鈾-235,爆炸當(dāng)量?jī)H為1.5萬(wàn)噸TNT.,內(nèi)爆

3、式原子彈 采用內(nèi)爆技術(shù)將處于次臨界狀態(tài)的核材料壓緊，并壓縮成高密度的超臨界核材料而爆炸的原子彈。核材料經(jīng)壓縮后單位體積內(nèi)的原子核數(shù)增加，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度提高，材料的表面積減小，中子泄漏的可能性減小，臨界質(zhì)量就減小了。既節(jié)省了材料又增加了爆炸威力。美國(guó)投在長(zhǎng)崎的原子彈就是內(nèi)爆式，只裝了6.2kg 钚,爆炸威力為2.2萬(wàn)噸TNT.我國(guó)第一顆原子彈也是內(nèi)爆式,而且是鈾彈. 內(nèi)爆技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就可實(shí)現(xiàn)核武器的小型化,例如美國(guó)的小型钚原子彈只需钚450克.,氫 彈,氫彈是利用核聚變能的核武器. 最容易實(shí)現(xiàn)的核聚變反應(yīng)是氫的兩種同位素:重氫氘(D)和超重氫(T),1kg氘氚完全聚變放出的能量是同樣質(zhì)量鈾-2

4、35裂變能的4倍.,氘以重水D2O的形式存在于海水中,氚可以在核反應(yīng)中產(chǎn)生.每升海水中含氘30mg,這30mg的氘聚變時(shí)放出的能量相當(dāng)于300L汽油燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量.全球海水中共有45104億噸氘,若受控核聚變能實(shí)現(xiàn),則可供人類盡情享用50億年. 聚變反應(yīng)不存在臨界質(zhì)量問題,但需要極高的溫度,氘氚發(fā)生聚變反應(yīng)需要的溫度為600萬(wàn)度.在這樣高的溫度下,原子核才能有足夠高的速度克服靜電斥力相互接近，達(dá)到核力作用的距離范圍,發(fā)生聚變反應(yīng).所以氫彈要用原子彈來點(diǎn)火. 直接用氘氚做燃料的氫彈稱為“濕式”氫彈,太重?zé)o實(shí)戰(zhàn)價(jià)值.,“干式”氫彈 采用氘化鋰-6做核材料,當(dāng)原子彈引爆時(shí)產(chǎn)生的高能中子與鋰-6發(fā)生

5、核反應(yīng)生成氚,氫鈾彈 氫彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的高能中子可以使鈾-238發(fā)生裂變,而且不存在臨界質(zhì)量問題.因此用鈾-238做外殼還可以再產(chǎn)生一次核裂變爆炸.整個(gè)氫彈的爆炸過程為:裂變聚變裂變,也稱三相彈,由于產(chǎn)生的放射污染嚴(yán)重,又稱“骯臟”彈.理論上這種彈的威力不存在上限,前蘇聯(lián)曾設(shè)計(jì)了威力上億噸TNT當(dāng)量的氫彈.,中 子 彈,中子彈又稱增強(qiáng)型輻射彈,屬第三代核武器.主要靠聚變反應(yīng)產(chǎn)生的高能中子輻射進(jìn)行殺傷.一般爆炸威力不大僅1000噸TNT當(dāng)量,對(duì)建筑物的破壞小,剩余輻射也少,但對(duì)人員的殺傷力是原子彈的幾倍. 中子彈的設(shè)計(jì)要求 盡可能減少引爆原子彈的裂變材料數(shù)量;盡量使氘氚聚變反應(yīng)進(jìn)行得更充分,增加高

6、能中子數(shù);外殼用中子易穿透的高強(qiáng)度材料. 因此中子彈實(shí)際上是靠微型原子彈引爆的、沒有鈾-238外殼的小型氫彈.,中子彈中使用了鈹,既生成高能中子又產(chǎn)生氚.1kg 氘氚完全反應(yīng)產(chǎn)生的中子數(shù)是裂變反應(yīng)的30倍.,國(guó)際核不擴(kuò)散條約,“核不擴(kuò)散條約” 1968年6月12日聯(lián)合國(guó)大會(huì)審查批準(zhǔn)，有效期25年。1995年5月11日又以協(xié)商一致的方式?jīng)Q定無(wú)限期延長(zhǎng)該條約。中國(guó)于1992年加入該條約。 主要內(nèi)容為 ：核國(guó)家保證不直接或間接地把核武器轉(zhuǎn)讓給非核國(guó)家 ，不援助非核國(guó)家制造核武器；非核國(guó)家保證不制造核武器，不直接或間接地接受其他國(guó)家的核武器轉(zhuǎn)讓，不尋求或接受制造核武器的援助，也不向別國(guó)提供這種援助；停止核軍備競(jìng)賽，推動(dòng)核裁軍；把和平核設(shè)施置于國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的國(guó)際保障之下，并在和平利用核能方面提供技術(shù)合作。條約規(guī)定核國(guó)家是指1967年1月1日前爆炸核裝置、掌握核武器的國(guó)家，并允許這些國(guó)家保留核武器。即美國(guó)、前蘇聯(lián)、英國(guó)、法國(guó)和中國(guó)為合法的有核國(guó)家。,有核國(guó)家第1顆核武的時(shí)間,“全面禁止核試驗(yàn)條約” 1996年9月10日聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過.主要內(nèi)容:締約國(guó)將做出有步驟、漸進(jìn)的努力,在全球范圍內(nèi)裁減核武器,以求實(shí)現(xiàn)