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能源 危机与希望. 能量与能源. 能量是与物质及其运动相联系的。. 自然界中存在着可以为人类提供能源的自然资源。我们称之为 能 源 。. 焦耳 （ 1818 － 1889 ）. 1. 能源的分类. 能源. 2. 核能. 3. 科学与人类. 人们通常按能源的形态特征 或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。. 一次能源. 二次能源. 由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。.
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能量与能源 能量是与物质及其运动相联系的。 自然界中存在着可以为人类提供能源的自然资源。我们称之为能源。 焦耳 （1818－1889 ）
1.能源的分类 能源 2.核能 3.科学与人类
人们通常按能源的形态特征 或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。
一次能源 二次能源 由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。 在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等
根据能否造成污染分 根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。 根据能源使用的类型 又可分为常规能源和新型能源。 利用技术上成熟，使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。 新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源。
可再生能源 一次能源 不可再生能源
核能(nuclear energy) 发展历程 核裂变原理 核武器 核电站 核聚变原理
核裂变的发现 • 核能(nuclear energy)是人类历史上的一项伟大发明，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。 • 19世纪末 英国物理学家汤姆逊发现了电子。 • 1895年 德国物理学家伦琴发现了X射线。 • 1896年 法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。 • 1898年 居里夫人与居里先生发现新的放射性元素钋。 • 1902年 居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。 • 1905年 爱因斯坦提出质能转换公式。 • 1914年 英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。 • 1935年 英国物理学家查得威克发现了中子。
核裂变的发现 • 1934年，E.费米等人用中子照射铀，企图使铀核俘获中子，再经过β衰变得到原子序数为93或更高的超铀元素，这引起了不少化学家的关注。 • 在1934～1938年间，许多人做了这种实验，但是不同的研究者得到了不同的结果，有的声称发现了超铀元素，有的却说得到了镭和锕。1938年，O.哈恩和F.斯特拉斯曼做了一系列严格的化学实验来鉴别这些放射性产物，结论是：所谓的镭和锕实际上是原子量远比它们为小的镧和钡。对这种现象，只有假设原子核分裂为两个或两个以上的碎块才能给予解释。这种分裂过程被称为裂变。
原理图示 6
核武器 • 利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用，并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235(U-235) 或钚239(239Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹;主要利用重氢(D，氘 {dāo})或超重氢(T，氚 {chuān})等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。
发展 • 核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹，其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。从1939年起，由于法西斯德国扩大侵略战争，欧洲许多国家开展科研工作日益困难。同年9月初，丹麦物理学家N.H.D.玻尔和他的合作者J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。正当这一有指导意义的研究成果发表时，英、法两国向德国宣战。1940年夏，德军占领法国。法国物理学家J.-F.约里奥-居里领导的一部分科学家被迫移居国外。英国曾制订计划进行这一领域的研究，但由于战争影响，人力物力短缺，后来也只能采取与美国合作的办法，派出以物理学家J.查德威克为首的科学家小组，赴美国参加由理论物理学家J.R.奥本海默领导的原子弹研制工作。 • 在美国，从欧洲迁来的匈牙利物理学家齐拉德·莱奥首先考虑到，一旦法西斯德国掌握原子弹技术可能带来严重后果。经他和另几位从欧洲移居美国的科学家奔走推动，于1939年8月由物理学家A.爱因斯坦写信给美国第32届总统F.D.罗斯福，建议研制原子弹，才引起美国政府的注意。但开始只拨给经费6000美元，直到1941年12月日本袭击珍珠港后，才扩大规模，到1942年8月发展成代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划，直接动用的人力约60万人，投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成3颗原子弹，使美国成为第一个拥有原子弹的国家。
现状 • 美国：1945年首次核试验成功。核试验次数超过1030次。拥有约1.2万枚核弹头。导弹射程达13035公里。 • 苏联（俄罗斯）：1949年首次核试验成功。核试验次数超过715次。拥有约2.8万枚核弹头，其中约1.8万枚将被拆除。导弹射程达10943公里。 • 英国：1952年首次核试验成功。共进行45次核试验。拥有约400枚核弹头。导弹射程达5310公里。 • 法国：1960年首次核试验成功。拥有约510枚核弹头。导弹射程达5310公里。 • 中国：1964年首次核试验成功。 中国一贯主张全面禁止和彻底销毁核武器，坚定奉行自卫防御的核战略，始终恪守在任何时候和任何情况下不首先使用核武器政策，明确承诺无条件不对无核武器国家和无核武器区使用或威胁使用核武器。中国不参加任何形式的核军备竞赛，将继续把自身核力量维持在国家安全需要的最低水平，将继续为推进国际核裁军进程作出努力。中国愿继续为维护国际核不扩散体系发挥建设性作用。
新闻:美俄达成裁减核武器协议 • 22日，美国国会参议院以71票对26票通过了美俄新的《削减和限制进攻性战略武器条约》。这表明，美国确认了两个核大国所达成的最广泛裁减核武器协议。该条约的通过对于改善国际安全形势、进一步削弱核武器在国家安全和国际政治中的作用等具有积极意义。 • 具有巨大毁灭力的核武器问世已有半个多世纪。在核威慑理论主导下，美国和苏联曾于上个世纪展开疯狂的核军备竞赛，两国共拥有世界上约95%的核武器。冷战结束后的国际政治版图，显示了巨大核武库存在的荒谬。1991年7月，美苏签署了《削减和限制进攻性战略武器条约》，双方规定将各自拥有的核弹头削减至不超过6000枚，战略武器运载工具削减至1600件以下。这一条约已于2009年底到期。在此次达成的新条约中，美俄允诺将各自部署的核弹头削减至1550枚以下，战略武器运载工具削减至700件以下。在核扩散成为当今国际社会重大安全威胁的情形下，美俄两国达成进一步削减核武器的共识，有助于在全球推动防核扩散方面增强说服力。 • 美国总统奥巴马上任后提出“无核世界”理念，通过美俄核裁军新条约谈判和推动条约在国会获批来“重启”对俄关系发展。俄罗斯总统梅德韦杰夫认为，新条约对俄美两国是双赢，“没有一方因条约而利益受损，整个世界将从中受益”。
核电站 • 核电站（nuclear power plant）是利用核裂变(Nuclear Fission)或核聚变(Nuclear Fusion)反应所释放的的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核分裂反应而发电。核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统），使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。
核电站工作原理及构造 • 核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。 • 核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例，它们是主泵，稳压器，蒸汽发生器，安全壳，汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。 用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见的反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变产物释放到周围的最后一道屏障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器。 又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。 为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站都设有危急冷却系统。它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。便可缓解事故后果，限制事故蔓延。 核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。 如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话，那主泵则是心脏。它的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。 它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。
数量排名 国家或地区 核反应堆机组数量 占总发电量份额（％）1 美国 104 19.8 • 2 法国 59 75.0 • 3 日本 53 34.7 • 4 英国 35 28.9 • 5 俄罗斯 29 14.4 • 6 德国 19 31.2 • 7 韩国 16 42.8 • 8 加拿大 14 12.4 • 9 乌克兰 14 43.8 • 10 中国 12 2.0 • 11 印度 11 2.7 • 12 瑞典 11 46.8 • 13 西班牙 9 31.0 • 14 比利时 7 57.7
利与弊 缺点 1．核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 2．核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。 3．核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 4．核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 5．兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 6．核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。 7．现阶段的核能发电，仍然会产生很多放射性废物，其中尤以高放废物的处理及处置为国际性难题。 • 优点 • 1．核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。 • 2．核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 • 3．核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 • 4．核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。 • 5．核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。
核聚变 • 核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。
核聚变类型 • 核聚变的类型 • D（氘）和T（氚）聚变会产生大量的中子，而且携带有大量的能量（14.1），中子对于人体和生物都非常危险。 • 聚变反应中子的真正麻烦之处在于中子可以跟反应装置的墙壁发生 核反应。用一段时间之后就必须更换，很费钱。而且换下来的墙壁可能有放射性（取决于墙壁材料的选择），成了核废料。还有一个不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墙壁反应。 • 氘氚聚变只能算”第一代”聚变，优点是燃料无比便宜，缺点是有中子。 • “第二代”聚变是氘和氦3反应。这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。 • “第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这种聚变完全不会产生中子。这个反应堪称终极聚变。
美科学家发明反应器 可将二氧化碳转化为燃料 • 索斯娜·海尔希望能够通过某种自洁烤箱中常用的金属来改变未来使用的能源，该发明发展前景良好。二氧化铈是海尔及其同事新发明的要素之一，他们希望通过这种物质聚集太阳能并有效地使用这种能量将二氧化碳和水转化为燃料。将二氧化碳和水转化为甲烷，发电厂燃烧甲烷后会产生二氧化碳和水，如此不断循环。
物理学的研究表明，以天体运动为基础的能源，实际上是无限的。物理学的研究表明，以天体运动为基础的能源，实际上是无限的。
从今天的学习中，我们也能感觉到，无论是已经运用的核裂变能，还是未来将一展宏图的核聚变能，都似乎可以让人类安心于能源问题。从今天的学习中，我们也能感觉到，无论是已经运用的核裂变能，还是未来将一展宏图的核聚变能，都似乎可以让人类安心于能源问题。
但另一方面 当代科学技术已使人类具有了认识与利用自然环境的能力
