2019-09-09 14:10:36 社區(qū)工作者考試 http://qngfsy.com/shehui/ 文章來源:華圖教育
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9月3日,國務(wù)院新聞辦發(fā)表《中國的核安全》白皮書。這是中國發(fā)表的首部核安全白皮書。核能是人類歷史上一項(xiàng)非常偉大的發(fā)明,今天我們就來了解一下關(guān)于核能的故事。
發(fā)現(xiàn)核能
核能,亦稱為原子能,是通過核反應(yīng)從原子核釋放的能量。核能的發(fā)現(xiàn)離不開19世紀(jì)末到20世紀(jì)初西方科學(xué)家的探索,他們?yōu)楹四艿陌l(fā)現(xiàn)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
19世紀(jì)末英國物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子,人類逐漸揭開了原子核的神秘面紗。
1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。
1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性。
1898年居里夫人與居里先生發(fā)現(xiàn)放射性元素釙。
1902年居里夫人發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳。
1905年,愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式——E=mc²,E=能量,m=質(zhì)量,c=光速,這個(gè)公式闡述了能量與質(zhì)量間相互關(guān)系。
1914年英國物理學(xué)家盧瑟福通過實(shí)驗(yàn),確定氫原子核是一個(gè)正電荷單元,稱為質(zhì)子。
1935年英國物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。
1938年德國科學(xué)家奧托·哈恩用中子轟擊鈾原子核,發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。
進(jìn)入20世紀(jì)中期,核能運(yùn)用開始進(jìn)入實(shí)踐階段。
1942年12月2日美國芝加哥大學(xué)成功啟動(dòng)了世界上第一座核反應(yīng)堆。
1945年8月6日和9日美國將兩顆原子彈先后投在了日本的廣島和長崎。
1954年蘇聯(lián)建成了世界上第一座商用核電站——奧布靈斯克核電站。
從此人類開始將核能運(yùn)用于軍事、能源、工業(yè)、航天等領(lǐng)域。美國、俄羅斯、英國、法國、中國、日本、以色列等國相繼展開核能應(yīng)用研究。
核知識
(一)原子與原子核
原子指化學(xué)反應(yīng)不可再分的基本微粒,但在物理狀態(tài)中可以分割。原子分為原子核與核外電子,原子核又由質(zhì)子和中子組成。原子核的能量被釋放之后就是核能。
根據(jù)質(zhì)子和中子數(shù)量的不同,原子的類型也不同:質(zhì)子數(shù)決定了該原子屬于哪一種元素,而中子數(shù)則確定了該原子是此元素的哪一個(gè)同位素。
(二)同位素
質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子被稱為同位素。簡單的說同位素就是指某個(gè)元素的各種原子,它們具有相同的化學(xué)性質(zhì)。例如:氫有三種同位素,H氕、D氘(又叫重氫)、T氚(又叫超重氫);碳有多種同位素,12C、13C和 14C等。按質(zhì)量不同通?梢苑譃橹赝凰睾洼p同位素。
(三)鈾同位素
鈾(U)是自然界中能夠找到的最重元素,呈銀白色,具有硬度強(qiáng)、密度高、可延展、有放射性等特征。1789年由馬丁·海因里希·克拉普羅特發(fā)現(xiàn)。天然鈾含有三種同位素:238U、235U和234U,均帶有放射性,擁有非常長的半衰期(數(shù)10萬年~45億年)。鈾化合物早期用于瓷器的著色,在核裂變現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后用作為核燃料。
(四)核反應(yīng)
核裂變是指由重的原子核(主要是指鈾核或钚核)分裂成兩個(gè)或多個(gè)質(zhì)量較小的原子的一種核反應(yīng)形式。原子彈或核能發(fā)電廠的能量來源就是核裂變。其中鈾裂變在核電廠最常見,通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原子核釋放巨大能量產(chǎn)生核能,故核能也被稱為核裂變能。
核衰變,是不穩(wěn)定的放射性核放射出射線后衰變?yōu)榱硪环N核或衰變?yōu)槟芰枯^低的核的過程。1896年法國科學(xué)家A.H.貝可勒爾研究含鈾礦物質(zhì)的熒光現(xiàn)象時(shí),偶然發(fā)現(xiàn)鈾鹽能放射出穿透力很強(qiáng)可使照相底片感光的不可見射線,這就是衰變產(chǎn)生的射線。經(jīng)過多年細(xì)致研究,弄清楚這種放射性是鈾、釷、鐳等原子核的性質(zhì),與環(huán)境溫度以及所處的化學(xué)狀態(tài)無關(guān);放射性放出的射線有3種:①α射線,具有最強(qiáng)的電離作用,穿透本領(lǐng)很小。②β射線,電離作用較弱,穿透本領(lǐng)較強(qiáng)。③γ射線,電離作用最弱,穿透本領(lǐng)最強(qiáng)。人們利用地殼演示中存在的微量放射性元素衰變規(guī)律,可以測定地球的年齡(46億年)。
核聚變,也叫做熱核反應(yīng),是指由質(zhì)量小的原子(主要是指氘),在一定條件下(如超高溫和高壓,只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛),讓兩個(gè)原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發(fā)生原子核互相聚合作用,生成新的質(zhì)量更重的原子核(如氦),在這個(gè)碰撞過程中大量電子和中子逃離原子核的束縛而釋放出來,從而產(chǎn)生巨大的能量釋放。
核聚變具備核裂變沒有的優(yōu)勢:
(1)核聚變釋放的能量比核裂變更大
(2)無高端核廢料,可不對環(huán)境構(gòu)成大的污染
(3)燃料供應(yīng)充足,地球上重氫有10萬億噸(每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升汽油)。
但核聚變反應(yīng)技術(shù)要求極高,目前人類還沒有辦法,對它們進(jìn)行較好的利用。
(太陽的能量來自它中心的熱核聚變)
核能利用
(一)核能發(fā)電
核能發(fā)電過程:核能→水和水蒸氣的內(nèi)能→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能→電能。
1954年,蘇聯(lián)建成世界上第一座裝機(jī)容量為 5兆瓦(電)的奧布寧斯克核電站。到1966年,核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實(shí)用階段。
中國自行設(shè)計(jì)建造的30萬千瓦(電)秦山核電站在1991年底投入運(yùn)行。大亞灣核電站于1987年開工,于1994年全部并網(wǎng)發(fā)電。
核能應(yīng)用作為緩和世界能源危機(jī)的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施有許多的優(yōu)點(diǎn):
其一,核能有巨大威力。1公斤鈾原子核全部裂變釋放出來的能量,約等于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的化學(xué)能。核聚變反應(yīng)釋放的能量則更巨大。據(jù)測算1公斤聚變原料可以使一列火車行駛40萬公里,相當(dāng)于地球到月球的距離。但需要注意的是,核能是不可再生的能源。
其二,污染少。核能屬于清潔能源,核電站基本上不排放污染環(huán)境的物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),核電站正常運(yùn)行的時(shí)候,一年給居民帶來的放射性影響,還不到一次X光透視所受的劑量。
其三,安全性強(qiáng)。從第一座核電站建成以來,全世界投入運(yùn)行的核電站達(dá)400多座,30多年來基本上是安全正常的。
(二)核武器
核武器包括氫彈、原子彈、中子彈、三相彈、反物質(zhì)彈等在內(nèi)的與核反應(yīng)有關(guān)的巨大殺傷性武器。核武器具備特有的強(qiáng)沖擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和核電磁脈沖等殺傷破壞作用。
1942年6月美國陸軍部開始實(shí)施利用核裂變反應(yīng)來研制原子彈的計(jì)劃,稱為“曼哈頓計(jì)劃”。
1945年7月16日,美國進(jìn)行了世界上第一次核爆炸實(shí)驗(yàn)。
1945年8月6日,美國轟炸機(jī)運(yùn)載“小男孩”原子彈轟炸廣島。8月9日“胖子”原子彈被投放于長崎。人類這兩次在戰(zhàn)爭中使用核武器,使這兩個(gè)城市灰飛煙滅,30萬人死于原子彈爆炸,直接導(dǎo)致了日本天皇及法西斯軍國主義的投降。
1964年10月16日,中國第一顆原子彈爆破成功。1967年6月17日,中國第一顆氫彈爆炸試驗(yàn)成功。從第一顆原子彈核爆炸試驗(yàn)成功到第一顆氫彈試驗(yàn)成功,中國僅用了兩年零八個(gè)月的時(shí)間,同世界上其他國家相比,速度是最快的。
中國的核安全白皮書:以安全為前提發(fā)展核能和技術(shù)
(一)中國核安全水平保持世界前列
1985年,中國大陸開工建設(shè)第一座核電廠——秦山核電廠以來,經(jīng)過30多年發(fā)展,中國核電實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營,進(jìn)入安全高效發(fā)展的新階段。自主研發(fā)“華龍一號”核電機(jī)組,設(shè)計(jì)安全水平居世界前列,示范工程建設(shè)高質(zhì)量推進(jìn),成為核電走出去的“中國名片”。
(二)中國的核安全觀
2014年3月24日,在荷蘭海牙第三屆核安全峰會(huì)上,習(xí)近平主席提出理性、協(xié)調(diào)、并進(jìn)的核安全觀。
核安全觀的核心內(nèi)涵是“四個(gè)并重”,即發(fā)展和安全并重,權(quán)利和義務(wù)并重,自主和協(xié)作并重,治標(biāo)和治本并重。
中國核安全工作的基本原則是:安全第一、依法治核;預(yù)防為主、縱深防御;責(zé)任明確、獨(dú)立監(jiān)管;嚴(yán)格管理、全面保障。
【例1·單選】1938年,德國人( )在用慢中子轟擊鈾核時(shí),首次發(fā)現(xiàn)了原子核的裂變現(xiàn)象,并放出新的中子。
A. 哈恩
B. 查德威克
C. 盧瑟福
D. 麥克斯韋
【答案】A
【解析】1938年,德國放射化學(xué)家和物理學(xué)家奧托•哈恩在用慢中子轟擊鈾核時(shí),首次發(fā)現(xiàn)了原子核的裂變現(xiàn)象及放出新的中子的現(xiàn)象,使鈾核發(fā)生裂變,為納粹德國原子彈的發(fā)展做出了偉大的貢獻(xiàn),1944年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。故本題選擇A。
B項(xiàng):查德威克,英國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,1939—1943年參加“英國及美國曼哈頓工程地原子彈研究”。因發(fā)現(xiàn)中子,獲得1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
C項(xiàng):盧瑟福,新西蘭著名物理學(xué)家,著名的原子核物理學(xué)之父。他首先提出放射性半衰期的概念,證實(shí)放射性涉及從一個(gè)元素到另一個(gè)元素的嬗變。他又將放射性物質(zhì)按照貫穿能力分類為α射線與β射線,并且證實(shí)前者就是氦離子。因?yàn)?ldquo;對元素蛻變以及放射化學(xué)的研究”,他榮獲1908年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
D項(xiàng):麥克斯韋,19世紀(jì)偉大的英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家,經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人,1873年出版的《論電和磁》預(yù)言了電磁波的存在,揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性。
【例2·單選】下列有關(guān)核能表述正確的是:( )
A. 氫彈爆炸發(fā)生氫核聚變,其威力比原子彈小
B. 核電站使用的燃料一般是鈾等放射性重金屬
C. 自然界只有在人為條件下才會(huì)發(fā)生熱核反應(yīng)
D. 核電站的能量轉(zhuǎn)換過程是直接從核能到電能
【答案】B
【解析】利用核能進(jìn)行發(fā)電的電站稱為核電站,當(dāng)今世界上只能利用裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的能量來發(fā)電。核電站使用的燃料是鈾或钚(bù),以鈾居多。
A項(xiàng):氫彈,又稱熱核武器,屬于核武器的一種。其主要利用氫的同位素(氘、氚)的核聚變反應(yīng)所釋放的能量來進(jìn)行殺傷破壞,屬于威力強(qiáng)大的大規(guī)模殺傷性武器。其威力比原子彈大。
C項(xiàng):核聚變,又稱核融合、融合反應(yīng)、聚變反應(yīng)或熱核反應(yīng)。自然界中,太陽可以通過熱核反應(yīng)產(chǎn)生光和熱,不僅僅是在人為條件下才會(huì)發(fā)生熱核反應(yīng)。
D項(xiàng):核電站用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能,再用處于高壓下的水把熱能帶出,在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽,蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn),電就源源不斷地產(chǎn)生出來,并通過電網(wǎng)送到四面八方。所以,核電站的能量轉(zhuǎn)換過程是從核能到熱能,再到機(jī)械能,最后轉(zhuǎn)化為電能,而不是直接轉(zhuǎn)化。
因此,選擇B選項(xiàng)。
【例3·多選】核能是一種清潔能源,它的排放物不包括:( )
A. 水蒸氣
B. 煙塵和固體廢渣
C. 二氧化碳
D. 二氧化硫
E. 氮氧化物
【答案】BCDE
【解析】核能是通過核反應(yīng)從原子核釋放的能量,它是一種清潔能源。核能可通過三種核反應(yīng)之一釋放:核裂變、核聚變以及核衰變。人類目前核能的主要來源是核裂變,核裂變是指由重的原子核(主要是指鈾核或钚核)分裂成兩個(gè)或多個(gè)質(zhì)量較小的原子的一種核反應(yīng)形式。在這一反應(yīng)過程中,核能不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物,也不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w,同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生煙塵或者固體廢渣。但是需要水來充當(dāng)冷卻劑,在這一過程中會(huì)產(chǎn)生水蒸氣。
因此,選擇BCDE選項(xiàng)。
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