現(xiàn)代化學與能源(編輯修改稿)
2025-01-20 07:36 本頁面
【文章內容簡介】 釷等才能發(fā)生核裂變。原子核在發(fā)生核裂變時，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于燃燒。 要大規(guī)模地和平利用裂變能必須滿足兩個條件 : 第一，重核裂變要形成鏈式反應； 第二，鏈式反應必須是可控的。實現(xiàn)可控鏈式反應的裝置稱為反應堆。 鏈式反應 中子 鈾 235 核分裂 逃 逸 人們將核反應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”這個家庭中，有一個特殊成員 —— 快中子增殖反應堆，簡稱“快堆”，現(xiàn)在已成為核反應中的佼佼者。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個每吸收 1個快中子發(fā)生裂變反應會放出 ，除去 1個用于鏈式裂變反應后，剩下的 反應區(qū)周圍的 238U（大量存在） 吸收，產生 239Pu 。 就是說在核鍋爐中一邊“燒”掉，又一邊使 238U轉為成新的，而且新產生的比“燒”掉的還多。這就使“快堆”的燃料越燒越多?！翱於选痹鲋澈巳剂习砚欃Y源的利用率大大提高了，因為它正好解決了熱中子核反應堆產生的大量 238U廢料堆積問題。 一座快堆核電站，在5～ 15年的時間內可使燃料數(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生的無用材料，核廢料進入環(huán)境后會造成水、大氣、土壤的污染，并通過各種途徑進入人體，當放射性輻射超過一定水平，就能殺死生物體的細胞，妨礙正常細胞分裂和再生，引起細胞內遺傳信息的突變。 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、白內障、失明、生長遲緩、生育力降低等遠期效應，還可能出現(xiàn)胎兒畸形、流產、死產等遺傳效應。 放射性核廢料的處理 與核能相關的一個最困難的問題就是在開采、燃料生產以及反應堆的運行過程中產生的核廢料的處理，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，然后用航天飛機把它帶入預定的軌道，機械手隨即把它推入太空，再點燃助推火箭將它送入 3000千米的軌道上，讓核廢料遠遠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方法?；鹪崆?，先在地下挖一個深坑，把放射性物質放入坑內，用特制的蓋子把坑頂蓋好。將空氣凈化器上的一根導管從蓋子上插入坑內，坑內裝４個碳電極，電極接通后，就會產生一股強大的電流，使坑內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硬物質，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，一切放射性物質均被圍困在里面，不會外泄。 “水葬”就是將深海作為核廢料的墓場。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。在太陽內部，這個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) 和平利用聚變能實驗非常困難，因為核力是一種短程力，只有當它們之間的距離接近到大約萬分之一毫米時，核力能才起作用，使兩個原子核聚合在一起，放出巨大的能量。 所有的原子核都帶正電，兩個帶正電的原子核互相接近時，它們之間的庫侖斥越來越大。所以實現(xiàn)聚變反應的條件是反應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入核力力程。據(jù)測算這樣的能量將使氘核的溫度達到 108k 。 氘原子被加熱到上億度的時候，電子就會脫離原子核的束縛，成為一團熾熱的氣體 —— 等離子氣體。 如何容納這么熱的等離子體 強大的磁場可以牢牢地束縛住熾熱的等離子體。 科學家建造了一個如同面包圈形狀的空腔，空腔內是真空，其外是產生磁場的線圈。這個古怪的烤爐同時有一個古怪的名字：托卡馬克(tokamak).溫度高達近億度的等離子體就被舒服在這個空腔內部，不會接觸到容器壁，不會出亂子。 電池的分類： 電池按照其使用性質的不同可以分為干電池、蓄電池、儲備電池和燃料電池等幾大類。 原電池 鋅錳干電池：負極 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)電時反應如下： 負極： Zn 2e = Zn2+ 正極： 2NH4+ + MnO2+2e = 2NH3 + MnO + H2O 電池反應 :Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+ MnO+H
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