2019社工公基備考：核能與中國的核安全

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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)量不同通常可以分為重同位素和輕同位素。

(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，核能不會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物，也不會產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，同時(shí)不會產(chǎn)生煙塵或者固體廢渣。但是需要水來充當(dāng)冷卻劑，在這一過程中會產(chǎn)生水蒸氣。

因此，選擇BCDE選項(xiàng)。

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（編輯：renzhisheng）