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核能的应用超出你的想象了吗?
发布日期:2020-12-16    发布:中国科技出版社


核能 是人类20 世纪的伟大发现之一





 

  核能的前世今生

核能的发现和应用可一直追溯到19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子开始,人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

直至1945年8月6日和9日美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。人们才真正见识到核能的强大威力。

核能作为一种清洁低碳、安全高效、可大规模利用的非化石能源,是推进绿色发展、建设美丽中国的重要能源选择。

如何获取核能?

核能也称原子能,迄今为止,人类获取核能的途径有两种:核裂变和核聚变。核裂变和核聚变是两个相反的核反应过程。

核裂变能是指某些元素(如铀、钚)的原子核在裂变为较轻原子核的过程中所释放的能量。

核聚变能则是某些轻元素(如氢及其同位素氘、氚,以及氦、锂)的原子核聚变 为较重原子核的过程中释放出的能量。

核裂变和核聚变都有净质量的减少,减少的质量转化为了核能。质量很小的物质也蕴含着巨大的能量。

1 克的物质能转换成 2.5×10的7次方千瓦时的电能或 90 太焦的热能。

一颗葡萄干大小的质量,当完全转换成能量时几乎能给美国纽约全城供电天。

由此可见,核能密度之巨大。


 未来核能主要应用于哪些方面?      



1 .核动力破冰船

目前,很多国家都拥有破冰船,这些破冰船会应用在各类考察中,特别是南极、北极考察,通过破冰船支持来探索两级的奥秘。

      目前,我国仅有 3 艘破冰船在役,均为常规动力,其中 1 艘为极地考察破冰船(雪龙号),隶属国家海洋局;另外 2 艘隶属海军,主要用于渤海、黄海区域冬季破冰。

     从我国目前拥有的破冰船及其性能参数与国外先进国家相比,破冰船的数量和破冰能力已不能满足海洋强国的战略需求,开展大型核动力破冰综合保障船的研发已经是势在必行。

估计2049年前,我国将建成一支强有力的兼顾保障国家安全与民用市场需要的军民融合核动力破冰船运载能力与专业队伍。

2 .浮动式核电站

 基于国内现实和长远的能源需求, 加上浮动式核电站具有不占用陆地面积、 可根据能源需求分批建设、较好的可移 动性、在大多数海岸地区和海洋区域都 可以建设等优点,国内相关研发单位陆 续开展了浮动式核电站的研发工作。

2049 年前,估计我国能建成 20 座 以上核动力浮动平台,以满足特殊地区的 差异化需要。

3. 核能清洁供热

过去由于种种原因,核能供热除了实验性或小范围应用以外,至今未规模化推广。但在当前重视生态文明的新常态下,       随着北方地区雾霾日益严重,核能供热问题再次受到社会公众的高度关注。相比于其他清洁供暖方式,核能供热具有低碳清洁、安全性高、经济性好、运行稳定等多重优势,是当前不可多得的、较为成熟的替代一次能源,可为大规模集中供暖提供清洁能源。

     4.空间用放射性同位素电池

目前,同位素电池在空间中的应用均为无人任务。在未来,同位素电池还将继 续服务于各种无人空间任务(尤其是各种缺乏太阳能的空间任务)。同时,随着新 型高效热电转换技术的应用,单个同位素电池的输出电功率有望达到千瓦以上,多 个同位素电池的联合应用可以供给数千瓦电力,这个功率量级已经可以支持一些载 人空间任务,尤其是早期的有人月球及火星任务。

5.空间核反应堆电源

    空间核反应堆电源是在空间任务中将核反应堆产生的热能 转换成电能为航天器供电的装置。

     与太阳能电池相比较,空间核反应堆电源的根本优点在于其为自主电源,不依赖于阳光,且储能极高,从而在以下方面独具优势: 

(1)它是自主电源,不依赖于阳光,可全天时、全天候连续工作,能够在深远空间、太阳阴影区工作; 

(2)环境适应性好,生存能力强,可在尘暴、高温、辐射等恶 劣条件下工作;

(3)适用功率范围广,可以覆盖千瓦至兆瓦及以上功率输出,可以有效满足航 天任务日益增长的能源需求; 

(4)质量功率比随功率增长而降低,在大功率条件下质量功率比优于太阳能电 池,且功率越大,质量优势越明显,非常适合于大功率航天任务; 

(5)无对日定向要求,可设计成紧凑结构,隐身特性及机动特性好,大功率条件 下系统体积及结构展开尺寸远小于太阳能电池,受打击面积小,非常适用于为军事 任务服务。

6.核热推进

 核热推进是利用核反应堆反应产生的热能直接将推进剂 (如氢气)加热到很高的温度,将其从喷管喷出,产生推进动力。

核热推进系统的推力大,可达数百千牛,比化学火箭略小或 相当。核热推进系统的比冲高,可达 1000 秒左右,是化学火箭 的 2 倍多。对于相同的推进任务,核热推进所需要的推进剂仅为 化学火箭的一半,可大幅降低初始发射质量。

未来核能在清洁能源利用上将大有可为!我们不应“谈核色变”,了解其实质,掌握其规律,让能源得到更充分的应用。

# 推荐语

    核能是典型的军民融合产业,先在军事力量得到应用,后推广到民用领域,本书瞄准未来人类需要, 提出了核能在海洋、太空、供暖、运输等方面的新应用领域,勾勒了核能应用的美好前景。

本文编辑:浮双双


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