化學(xué)能源1(編輯修改稿)
2025-01-16 08:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 釷等才能發(fā)生核裂變。原子核在發(fā)生核裂變時(shí)，釋放出巨大的能量， 1克 235U完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當(dāng)于燃燒。 要大規(guī)模地和平利用裂變能必須滿足兩個(gè)條件 : 第一，重核裂變要形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)； 第二，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須是可控的。實(shí)現(xiàn)可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置稱為反應(yīng)堆。 鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 中子 鈾 235 核分裂 逃 逸 人們將核反應(yīng)堆形象地比喻為核電站的“鍋爐”，在這種“鍋爐”里燒的是鈾、钚等核燃料。在核電站“鍋爐”這個(gè)家庭中，有一個(gè)特殊成員 —— 快中子增殖反應(yīng)堆，簡稱“快堆”，現(xiàn)在已成為核反應(yīng)中的佼佼者。在一般鍋爐里的燃料如煤、燃油等都是越燒越少，而“快堆”的“燃料”卻越燒越多，成了魔爐。 在“快堆”中用的核燃料是 239Pu(钚 b249。)。1個(gè)每吸收 1個(gè)快中子發(fā)生裂變反應(yīng)會(huì)放出 ，除去 1個(gè)用于鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)后，剩下的 反應(yīng)區(qū)周圍的 238U（大量存在） 吸收，產(chǎn)生 239Pu 。 就是說在核鍋爐中一邊“燒”掉，又一邊使 238U轉(zhuǎn)為成新的，而且新產(chǎn)生的比“燒”掉的還多。這就使“快堆”的燃料越燒越多。“快堆”增殖核燃料把鈾資源的利用率大大提高了，因?yàn)樗媒鉀Q了熱中子核反應(yīng)堆產(chǎn)生的大量 238U廢料堆積問題。 一座快堆核電站，在5～ 15年的時(shí)間內(nèi)可使燃料數(shù)量翻一番，通過建造快堆核電站，既能用 238U發(fā)電，又能增殖燃料，因此“快堆”被人們稱為“明天的核電站鍋爐”。 中國快堆在建設(shè)中 放射性廢料的危害 核廢料是指含有 α、 β和 γ輻射的不穩(wěn)定元素并伴隨有熱產(chǎn)生的無用材料，核廢料進(jìn)入環(huán)境后會(huì)造成水、大氣、土壤的污染，并通過各種途徑進(jìn)入人體，當(dāng)放射性輻射超過一定水平，就能殺死生物體的細(xì)胞，妨礙正常細(xì)胞分裂和再生，引起細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的突變。 研究表明，孕婦在懷孕初期腹部受過 X光照射，她們生下的孩子與母親不受 X光照射的孩子相比，死于白血病的概率要大 50%。受放射性污染的人在數(shù)年或數(shù)十年后，可能出現(xiàn)癌癥、白內(nèi)障、失明、生長遲緩、生育力降低等遠(yuǎn)期效應(yīng)，還可能出現(xiàn)胎兒畸形、流產(chǎn)、死產(chǎn)等遺傳效應(yīng)。 放射性核廢料的處理 與核能相關(guān)的一個(gè)最困難的問題就是在開采、燃料生產(chǎn)以及反應(yīng)堆的運(yùn)行過程中產(chǎn)生的核廢料的處理，如何處理這些廢料可能將是最終核能使用的最大障礙。目前，核廢料的處理有“天葬”、“水葬”和“火葬”三種方法。 切爾諾貝利核電站 所謂“天葬”是指：把核廢料先固化成玻璃塊，裝到特制的合金棺中，在棺材外面裝上隔熱外套，然后用航天飛機(jī)把它帶入預(yù)定的軌道，機(jī)械手隨即把它推入太空，再點(diǎn)燃助推火箭將它送入 3000千米的軌道上，讓核廢料遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開人類生活的地球。 “火葬”是美國能源部研制的一種處理核廢料的先進(jìn)方法。火葬前，先在地下挖一個(gè)深坑，把放射性物質(zhì)放入坑內(nèi)，用特制的蓋子把坑頂蓋好。將空氣凈化器上的一根導(dǎo)管從蓋子上插入坑內(nèi)，坑內(nèi)裝４個(gè)碳電極，電極接通后，就會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)大的電流，使坑內(nèi)的泥土溫度上升到幾百度。 在這樣的高溫下，泥土開始溶化，使核廢料均勻地分布在漿狀的泥石溶液里。當(dāng)溶化的泥石漿冷卻后，與核廢料一起形成了一種類似天然巖石的堅(jiān)硬物質(zhì)，其硬度比天然花崗石和大理石更高，滲透性更低，而且體積也縮小了好幾倍。最后用泥土把坑封死，一切放射性物質(zhì)均被圍困在里面，不會(huì)外泄。 “水葬”就是將深海作為核廢料的墓場(chǎng)。將核廢料裝入密封的合金棺，再用混凝土密封在海底下面。 （二）核聚變 太陽的中心發(fā)生核聚變，放出巨大能量。在太陽內(nèi)部，這個(gè)天然的核聚變過程以及發(fā)生了了好幾十億年了。 核聚變的引發(fā) 和平利用聚變能實(shí)驗(yàn)非常困難，因?yàn)楹肆κ且环N短程力，只有當(dāng)它們之間的距離接近到大約萬分之一毫米時(shí)，核力能才起作用，使兩個(gè)原子核聚合在一起，放出巨大的能量。 所有的原子核都帶正電，兩個(gè)帶正電的原子核互相接近時(shí)，它們之間的庫侖斥越來越大。所以實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)的條件是反應(yīng)中的原子核必須具有很高的能量來克服靜電斥力，使兩核之間的距離進(jìn)入核力力程。據(jù)測(cè)算這樣的能量將使氘核的溫度達(dá)到 108k 。 氘原子被加熱到上億度的時(shí)候，電子就會(huì)脫離原子核的束縛，成為一團(tuán)熾熱的氣體 —— 等離子氣體。 如何容納這么熱的等離子體 強(qiáng)大的磁場(chǎng)可以牢牢地束縛住熾熱的等離子體。 科學(xué)家建造了一個(gè)如同面包圈形狀的空腔，空腔內(nèi)是真空，其外是產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈。這個(gè)古怪的烤爐同時(shí)有一個(gè)古怪的名字：托卡馬克(tokamak).溫度高達(dá)近億度的等離子體就被舒服在這個(gè)空腔內(nèi)部，不會(huì)接觸到容器壁，不會(huì)出亂子。 電池的分類： 電池按照其使用性質(zhì)的不同可以分為干電池、蓄電池、儲(chǔ)備電池和燃料電池等幾大類。 原電池 鋅錳干電池：負(fù)極 是鋅做的圓筒， 正極 是一根探棒，周圍被二氧化錳、碳粉和氯化銨的混合劑包圍。 干電池發(fā)電時(shí)反應(yīng)如下： 負(fù)極： Zn 2e = Zn2+ 正極： 2NH4+ + MnO2+2e = 2NH3 + MnO + H2O 電池反應(yīng) :Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+ MnO+H
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