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1、物理与能源开发研究背景选题依据翻开人类社会的发展史，可以发现能源与人类社会的进步结下了不解之缘。人类利用能源方式的每一次进步，都会引起生产和社会的重大变革。早在远古时期，钻木取火为人类带来温暖和光明，使人类结束了茹毛饮血的原始生活，创造了最初的文明；18世纪，煤的开发和使用促成了蒸汽机的发明及应用，从此开启了人类文明史上第一次工业革命，人类开始走出刀耕火种时期，进入工业化大生产时代。随着社会的发展，煤炭、石油、天然气等一次能源得到大量开发，在此期间，电力作为二次能源的出现，进一步推进了人类文明，并以其不可思议的
2、力量彻底改变了人类的生活。步入现代社会以后，人类开发能源的视野更为广阔，核能、氢能等新型能源陆续得到开发，为人类社会的进步提供了源源不断的动力。可以说，人类社会发展史在一定意义上就是一部能源开发和利用的历史。研究背景一、世界能源消费现状及特点1.受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加2.世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家3.世界能源消费结构趋向优质化，但地区差异仍然很大4.世界能源资源仍比较丰富，但能源贸易及运输压力增大研究背景二、世界能源供应和消费趋势根据美国能
3、源信息署（EIA）最新预测结果，随着世界经济、社会的发展，未来世界能源需求量将继续增加。预计，2010年世界能源需求量将达到105.99亿吨油当量，2020年达到128.89亿吨油当量，2025年达到136.50亿吨油当量，年均增长率为1.2%。欧洲和北美洲两个发达地区能源消费占世界总量的比例将继续呈下降的趋势，而亚洲、中东、中南美洲等地区将保持增长态势。伴随着世界能源储量分布集中度的日益增大，对能源资源的争夺将日趋激烈，争夺的方式也更加复杂，由能源争夺而引发冲突或战争的可能性依然存在。研究背景随着世界能源消费
4、量的增大，二氧化碳、氮氧化物、灰尘颗粒物等环境污染物的排放量逐年增大，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。据EIA统计，1990年世界二氧化碳的排放量约为215.6亿吨，2001年达到239.0亿吨，预计2010年将为277.2亿吨，2025年达到371.2亿吨，年均增长1.85%。面对以上挑战，未来世界能源供应和消费将向多元化、清洁化、高效化、全球化和市场化方向发展。现代能源开发原子核物理学与核能工程核能发展史1905年爱因斯坦在“论动体的电动力学”一文中,提出了高速运动下的相对性理论,提出了四维
5、时空的新概念；作为相对论的一个推论,爱因斯坦又提出了质能关系及著名表达式E=mc²,开创了原子核物理和核能应用的新时代。原子核物理学与核能工程在此之前,19世纪末,相继发现了X射线、放射性和电子。在此之后,1911年卢瑟福提出了原子的核式模型；1913年玻尔完善了原子结构理论；1932年,查德威克发现中子；同年,海森伯和伊凡宁柯分别独立提出了原子核由质子和中子组成的模型；1934年约里奥-居里夫妇成功地用人工方法产生了放射性同位素。原子核物理学与核能工程经过科学家们几年曲折的研究和严谨的分析,1939年初,宣布
6、了哈恩和斯特拉斯曼发现在中子轰击下的铀核裂变以及梅特纳和弗里什的理论解释。对核结构和核质量的研究,导致了人们对原子核结合能随原子量变化规律的认识:当一个重核分裂成两个中等质量的核时,会释放能量；释放能量的大小可由爱因斯坦的质能关系式计,E=Δmc2,Δm即裂变或聚变反应时原子核质量的变化,称作质量亏损,而一次核聚变时放出的能量要比核裂变时大4倍以上。原子核物理学与核能工程这些原子核物理的发现,奠定了裂变核能与聚变核能应用的基础。而核能应用的实现还必须进一步解决一系列应用物理学和工程技术上的问题。在突破了核武器技
7、术之后,遂开始把核能引向和平利用的方向,作为洁净的能源,为人类造福。目前已做出实际贡献的核能是基于核裂变反应堆的核电站。在我国目前主要是压水堆(PWR)核电站。核电站由核岛和常规岛两大部分组成,在核岛内要使核能以可控的、安全的、长期持续的形式释放出来,再通过常规岛转换成电能供人们使用。原子核物理学与核能工程因此,在核燃料的选择、制备、控制方法、结构设计、安全设计等方面,要解决一系列的工程、技术问题。核电发展情况目前,在世界电力的结构中,核电已占有总电力的16%。我国发展核电的决策较晚,目前核电的贡献虽然仅有约1
8、%,但国家已明确了积极发展核电的方针,至2020年,这一比例将达到约4%,并将进一步加快发展。原子核物理学与核能工程原子核物理学与核能工程核电未来走向基于核聚变反应堆的聚变电站是解决人类未来能源问题的一个希望,它既要实现热核燃料的“点火”并有净能量输出,还必须控制热核能聚变反应的速率,其中高温等离子体物理的研究具有重要意义。目前较有希望的技术途径是磁约束受控聚变(MCF),这是一项有难
