PAGE1學校代碼：10128學號：20121800110學校代碼：10128學號：20121800110自然辯證法結課論文自然辯證法結課論文（論文題目：核能源與論文題目：核能源與材料學學生姓名：學院：材料科學與工程專業：材料工程任課教師：二〇一二年十二月摘要隨著人類的飛速發展，而發展一直得益于化石能源的廣泛投入，以至于當前人類面臨著化石能源枯竭的現狀。核能源卻能恰到好處的滿足人類對于能源的需求。核能發電的成本較低，同時核能能夠產生巨大的能量。但是，核反應的控制必須依賴于材料學科技術的支撐。本文重點討論了材料科學在核工業的有關領域的應用，同時還介紹了核能源與材料的主要議題和有關技術進展。關鍵詞：核能源；材料學；核應用對核反應堆的有效控制，我們完全刻可以避免各種核安全問題。對于核反應堆的安全性控制我們不得不想到核材料，比如高溫氣冷堆重要的慢化劑、反射層和結構材料,其氧化腐蝕性能對反應堆安全運行至關重要,因此已成為核材料學科的研究熱點之一。慢化劑讓核反應的效率下降，從而使核裂變速度放慢，能有效的調控反應堆的溫度，大大提高反應堆的安全性。慢化劑可以降低反應堆對反應空間壓強的要求，可以使反應堆的體積和質量大大減小，這對于制造空間、遠程飛機等需要特殊能源的微型反應堆其有重要意義。二核能源的應用核電是濃集、清潔、安全和經濟的能源。首先核能是高度濃集的能源，核電站可建立在最需要用電的地方不受燃料運輸的限制。l公斤鈾裂變產生的熱量相當于1公斤標準煤燃燒后產生熱量的270萬倍[3]。因此核電站特別適合于缺乏常規能源而又急需用電的地區如我國的東南、華南地區。核能是后備儲量最豐富的能源，鈾在地球上的儲量相當豐富，等于有機燃料儲量的20倍。核能是清潔的能源，有利于保護環境目前，世界上80%的電力來自燒煤或燒油的火力發電站，燃燒后的煙氣排放到大氣中嚴重污染環境。相同規模的火電站釋放出的放射性比核電站大幾倍[4]。核工業的主要業務范圍包括：鈾礦勘探、鈾礦開采與鈾的提取、燃料元件制造、鈾同位素分離、反應堆發電、乏燃料后處理、同位素應用以及與核工業相關的建筑安裝、儀器儀表、設備制造與加工、安全防護及環境保護。日本是第一個以核電為主要電力來源的國家，其核能發電，約占總發電量的三分之一。1997年建成的柏崎刈羽核電站，至今仍是世界上裝容量最大的核電站。根據國際原子能機構2011年1月公布的最新數據，目前全球正在運行的核電機組已經達到442個，還有正在建設的核電機組65個，核電發電量約占全球發電總量的16%。而至2010年底，全球已經有60多個國家提出了發展核電的計劃，包括阿聯酋等這樣的富油國家。來自國際原子能機構的預測，全球核能發電量在今后20年將會提高一倍[5-6]。近些年，對于核能源的應用正在向更寬廣更深入方向發展，對于各國對于核能的應用各有抉擇，表1-1為世界各國核電站排名情況[4]。表1-1世界核電站排名數量排名國家或地區核反應堆機組數量占總發電量份額(%)1美國10419.82法國5975.03日本5334.74英國3528.95俄羅斯2914.46德國1931.27韓國1642.88加拿大1412.49烏克蘭1443.810中國122011印度112712瑞典1146.813西班牙931.014比利時757.7三中國核能發展的趨勢中國能源結構仍以煤炭為主體，清潔優質能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2020年約為4000萬千瓦[7]。核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸[8]。核電的另一個優勢是干凈、無污染，幾乎是零排放，對于發展迅速環境壓力較大的中國來說，再合適不過。中國正在加大能源結構調整力度。積極發展核電、風電、水電等清潔優質能源已刻不容緩。中國核電發展的技術路線和戰略路線一直在不斷的進行著，當前發展壓水堆，中期發展快中子堆，遠期發展聚變堆。具體地說就是，近期發展熱中子反應堆核電站；為了充分利用鈾資源，采用鈾钚循環的技術路線，中期發展快中子增殖反應堆核電站；遠期發展聚變堆核電站，從而基本上可以解決能源需求的矛盾。近些年來，中國也正通過改變發展體制，通過發展一些高效環保能源來擺脫對與煤炭等不可再生資源的依賴[9]。四材料學在核能發展中的應用隨著人類對核能需求的快速增長，為應對核能發展的挑戰，世界主要核能國家已經開始了先進核能系統的研發。新材料與新技術被認為將在未來先進核能系統中發揮重要作用。4.1納米材料納米技術的應用納米材料與納米技術顯示了在未來核能中廣泛的潛在應用前景。比如其中高溫氣冷堆重要的慢化劑、反射層和結構材料,其氧化腐蝕性能對反應堆安全運行至關重要,因此已成為核材料學科的研究熱點之一[10]。慢化劑讓核反應的效率下降，從而使核裂變速度放慢，能有效的調控反應堆的溫度，大大提高反應堆的安全性。慢化劑表面的防護層必須通過具有非晶結構的納米級材料來進行封孔處理。4.2核反應材料的應用核燃料元件是反應堆的核心部件，而核燃料則是核心中的核心。核燃料的設計和制造必須考慮以下幾方面的技術要求。一方面，核燃料的組成和結構直接影響其穩定性和能量轉化的效率以及核燃料元件的燃耗和使用壽命;另一方面，核燃料需要長期在強輻照、高溫和強腐蝕等極端條件下工作，核燃料的晶體結構容易變得不穩定;此外，可裂變材料在堆內裂變產生多種裂變產物元素，而這些裂片元素的固體物理化學性質同母核相比通常會有很大的差異，從而使其原有的化學鍵和配位環境發生改變而導致材料的結構不穩定。由于其復雜性和挑戰性，核燃料的研發和認證是一項非常耗時和艱巨的工作。加上不同堆型對燃料的要求也不盡相同，幾十年來，核燃料的研發和認證一直不夠系統。能在極端條件下穩定工作的先進核燃料是學者們努力的方向[11]。五結束語隨著技術革新，未來能源結構必定是多能互補，各顯其能的時代。現階段就應該加快提高新能源和可再生能源在能源結構中的比例。新能源和可再生能源由于污染少甚至無污染，對環境保護十分有利。但是，一切工業的發展都離不開材料學，材料可以說是一切工業發展的基石。所以，對于我們每一個材料人應該肩負起這一偉大的使命。參考文獻[1]伍浩松.\o"世界能源需求與核電"世界能源需求與核電[J].國外核新聞,2007,(02)：1-2[2]趙慶波,單葆國.\o"世界能源需求現狀及展望"世界能源需求現狀及展望[J].中國能源,2002,(02)：20-23[3]韋中桑.漫談核能的歷史[M].現代物理知識.2005,3(18)[4]能源研究報告課題組.\o"《能源需求與發展研究報告》要點介紹"《能源需求與發展研究報告》要點介紹[J].福建能源開發與節約,2000,(04):3-5[5]\o"國際能源署將幫助我國儲石油"國際能源署將幫助我國儲石油[J].石油庫與加油站,2003,(06):15-19

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[7]竇慶峰,黃盛初,胡予紅等.\o"國際能源署與潔凈煤技術考察"國際能源署與潔凈煤技術考察[J].中國煤炭,1997,(08):60-63

[8]楊方.\o"國際能源署最新報告顯示:城市客車看好歐Ⅱ以上柴油機"國