核能与核辐射安全防护(刘)

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1、核能及核辐射防护简介一、核能的发展及利用1、辐射离我们有多远?在我们的生活环境中，辐射无处不在！家用电器：电视、电冰箱、空调、微波炉、吸尘器、电脑等办公设备：手机、电脑、复印机、电子仪器、医疗设备等家庭装饰：大理石、复合地板、墙壁纸、涂料等周边环境：高压线、变电站、电视（广播）信号发射塔、煤渣等自然环境：太阳黑子等这些辐射与我们的生活息息相关，我们习以为常，极少有人关注它的存在。因为它无处不在，我们每一个人都不能完全抛弃。常见的环境辐射量如右图。2、核能的发现1934年，居里夫妇从矿渣中提取到镭，镭是一种放射性核素。19

2、38年，德国放射化学家奥拓·哈恩和史特莱·斯曼发现铀裂变成两个新的原子核（一个质量较大，一个质量较小），并放出2-3个中子，同时释放出能量—核能。但实际上裂变生成的新原子核种类较多。比如，235U裂变后生成的两个新原子，其种类可以达上百种，右图是裂变产物的质量分布图，在电视中被常提到的131碘和137铯，就是生成几率较大的两个新原子。它们衰变放出大量的射线，且因为半衰期较长，影响久远。裂变反应方程式：n+235U=236U=A+B+§n+200Mev（裂变热）n+235U=236U=236U+γB=B+β+热量（衰变热）

3、5铀核被分裂为二时，放出两个中子，这两个中子再去击中两个铀原子核，同时放出四个中子……，由此类推，原子的链式裂变反应就会持续下去。能控制的链式裂变反应发展成了反应堆！（通常靠吸收中子能力强的材料控制比如硼酸、铪棒）不能控制的链式裂变反应发展成了原子弹！因此，不能把反应堆等同于一颗没有引爆的原子弹。1942年，在“反应堆之父”费米的领导下，第一座天然铀石墨反应堆建立，标志着人类开始大规模利用原子能。3、核能的利用1公斤铀235释放的能量等于2700吨标准煤释放的能量。一座百万千瓦的火电站需要260万吨煤，而核电站只需要30

4、吨的铀原料就可以。青岛每年需要900万吨煤，120吨铀。如果每辆卡车装载50吨，前者需要3车，后者需要18万车。核电是清洁的能源核电站一年产生的二氧化碳仅是同等规模燃煤电站排放量的1.6％，核电站不排放二氧化硫、氮氧化物和烟尘。发展核电是改善环境的重要途径，核电是清洁高效能源。世界上各国核电占发电量的比重如右图：（1）中国有煤，但消耗大，污染大。（2）中国石油50%以上依赖进口，受制于他国。典型的核电站工作原理图如右：目前，先进的反应堆是如何保证反应堆的完整性？以海阳核电站AP1000为例。（1）反应堆正常运行下，有自己

5、的电力。（2）事故情况下，自动停堆，依靠其它外电力。（3）依靠柴油发电机和蓄电池。（4）非能动余热排出系统，所有电力失效，依然能保证反应堆的安全性。5（5）反应堆上方备有几千吨水，不依靠电力。核反应堆的安全是如何保证的呢？换句话讲如何防止含有放射性物质泄漏？（主要有三道屏障）一是所有的燃料元件包容在一个金属细管中，平时放射性物质出不来。二是反应堆压力容器，是一个1米厚铸造的不锈钢圆柱筒。三是核岛（厂房），是一个数米厚的钢筋混凝土结构，设计上可以防止飞机撞击。二、福岛核电站核事故简要回顾日本福岛第一核电站（福岛第一原子力发

6、电所）位于福岛县双叶郡大熊町沿海。福岛第一核电有6台机组，1号机组439兆瓦，为BWR-3型机组，1970年下半年并网发电，1971年投入商业运行；2号至5号机组为BWR-4型，784兆瓦，1974-1978年投产；6号机组为BWR-5型，1067兆瓦，1979年投产。六台机组在同一厂址，全是沸水堆，均属于东京电力公司。（一）简要经过Ø2011年3月11日下午发生地震，反应堆停堆。Ø应急柴油机自动启动，给堆芯降温。Ø约2小时海啸袭来，柴油机停止，蓄电池启动。Ø蓄电池工作8小时后电量耗完。反应堆失去冷却，堆芯温度上升。Ø3

7、月12日1号堆芯裸露，氢气产生，发生爆炸。Ø之后，2、3、4号堆陆续发生爆炸。（二）与切尔诺贝利核电站比较此次爆炸是氢气爆炸，不是核爆炸！前苏联切尔诺贝利核电站爆炸是核爆炸！4秒内释放出100倍的能量。福岛核电站爆炸释放的放射性要比切尔诺贝利核电站核爆炸释放的放射性小很多。（原因分析略）（三）原因分析1、客观因素地震、海啸摧毁了所有的应急电源。2、设备因素540年前的设备和技术落后，对电力的依赖性强差，没有设置不需要电力驱动的水源。3、主观因素东京电力公司，没有在第一时间注入硼酸，硼酸是一种吸收中子特别强的物质，可以抑制

8、热量的产生，但是注入硼酸后反应堆将不可再用。（可能是对事故的后果估计不足，也可能是利益的驱动。）三、辐射防护知识简介（一）放射性种类及其危害前面讲过裂变反应方程式，知道裂变可以产生热量，实际上它同时带来放射性。n+235U=236U=A+B+§n（α和n）n+235U=236U=236U+γ（γ射线）B=B+β（β射