2020安徽事业单位公基：核能与中国的核安全

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2020安徽事业单位公基：核能与中国的核安全

　　9月3日，国务院新闻办发表《中国的核安全》白皮书。这是中国发表的首部核安全白皮书。核能是人类历史上一项非常伟大的发明，今天我们就来了解一下关于核能的故事。

　　发现核能

　　核能，亦称为原子能，是通过核反应从原子核释放的能量。核能的发现离不开19世纪末到20世纪初西方科学家的探索，他们为核能的发现和应用奠定了基础。

　　19世纪末英国物理学家汤姆逊发现电子，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱。

　　1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。

　　1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。

　　1898年居里夫人与居里先生发现放射性元素钋。

　　1902年居里夫人发现了放射性元素镭。

　　1905年，爱因斯坦提出了著名的质能转换公式——E=mc²，E=能量，m=质量，c=光速，这个公式阐述了能量与质量间相互关系。

　　1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。

　　1935年英国物理学家查得威克发现了中子。

　　1938年德国科学家奥托·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。

　　进入20世纪中期，核能运用开始进入实践阶段。

　　1942年12月2日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。

　　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。

　　1954年苏联建成了世界上第一座商用核电站——奥布灵斯克核电站。

　　从此人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开核能应用研究。

　　核知识

　　(一)原子与原子核

　　原子指化学反应不可再分的基本微粒，但在物理状态中可以分割。原子分为原子核与核外电子，原子核又由质子和中子组成。原子核的能量被释放之后就是核能。

　　根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同：质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。

　　(二)同位素

　　质子数相同而中子数不同的原子被称为同位素。简单的说同位素就是指某个元素的各种原子，它们具有相同的化学性质。例如：氢有三种同位素，H氕、D氘(又叫重氢)、T氚(又叫超重氢);碳有多种同位素，12C、13C和 14C等。按质量不同通常可以分为重同位素和轻同位素。

　　(三)铀同位素

　　铀(U)是自然界中能够找到的最重元素，呈银白色，具有硬度强、密度高、可延展、有放射性等特征。1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特发现。天然铀含有三种同位素：238U、235U和234U，均带有放射性，拥有非常长的半衰期(数10万年~45亿年)。铀化合物早期用于瓷器的着色，在核裂变现象被发现后用作为核燃料。

　　(四)核反应

　　核裂变是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见，通过链式反应原子核释放巨大能量产生核能，故核能也被称为核裂变能。

　　核衰变，是不稳定的放射性核放射出射线后衰变为另一种核或衰变为能量较低的核的过程。1896年法国科学家A.H.贝可勒尔研究含铀矿物质的荧光现象时，偶然发现铀盐能放射出穿透力很强可使照相底片感光的不可见射线，这就是衰变产生的射线。经过多年细致研究，弄清楚这种放射性是铀、钍、镭等原子核的性质，与环境温度以及所处的化学状态无关;放射性放出的射线有3种：①α射线，具有最强的电离作用，穿透本领很小。②β射线，电离作用较弱，穿透本领较强。③γ射线，电离作用最弱，穿透本领最强。人们利用地壳演示中存在的微量放射性元素衰变规律，可以测定地球的年龄(46亿年)。

　　核聚变，也叫做热核反应，是指由质量小的原子(主要是指氘)，在一定条件下(如超高温和高压，只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚)，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，在这个碰撞过程中大量电子和中子逃离原子核的束缚而释放出来，从而产生巨大的能量释放。

　　核聚变具备核裂变没有的优势：

　　(1)核聚变释放的能量比核裂变更大

　　(2)无高端核废料，可不对环境构成大的污染

　　(3)燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨(每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油)。

　　但核聚变反应技术要求极高，目前人类还没有办法，对它们进行较好的利用。

　　核能利用

　　(一)核能发电

　　核能发电过程：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。

　　1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的奥布宁斯克核电站。到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。

　　中国自行设计建造的30万千瓦(电)秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。

　　核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点：

　　其一，核能有巨大威力。1公斤铀原子核全部裂变释放出来的能量，约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。核聚变反应释放的能量则更巨大。据测算1公斤聚变原料可以使一列火车行驶40万公里，相当于地球到月球的距离。但需要注意的是，核能是不可再生的能源。

　　其二，污染少。核能属于清洁能源，核电站基本上不排放污染环境的物质。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视所受的剂量。

　　其三，安全性强。从第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。

　　(二)核武器

　　核武器包括氢弹、原子弹、中子弹、三相弹、反物质弹等在内的与核反应有关的巨大杀伤性武器。核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。

　　1942年6月美国陆军部开始实施利用核裂变反应来研制原子弹的计划，称为“曼哈顿计划”。

　　1945年7月16日，美国进行了世界上第一次核爆炸实验。

　　1945年8月6日，美国轰炸机运载“小男孩”原子弹轰炸广岛。8月9日“胖子”原子弹被投放于长崎。人类这两次在战争中使用核武器，使这两个城市灰飞烟灭，30万人死于原子弹爆炸，直接导致了日本天皇及法西斯军国主义的投降。

　　1964年10月16日，中国第一颗原子弹爆破成功。1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸试验成功。从第一颗原子弹核爆炸试验成功到第一颗氢弹试验成功，中国仅用了两年零八个月的时间，同世界上其他国家相比，速度是最快的。

　　中国的核安全白皮书：以安全为前提发展核能和技术

　　(一)中国核安全水平保持世界前列

　　1985年，中国大陆开工建设第一座核电厂——秦山核电厂以来，经过30多年发展，中国核电实现了自主设计、建造和运营，进入安全高效发展的新阶段。自主研发“华龙一号”核电机组，设计安全水平居世界前列，示范工程建设高质量推进，成为核电走出去的“中国名片”。

　　(二)中国的核安全观

　　2014年3月24日，在荷兰海牙第三届核安全峰会上，习近平主席提出理性、协调、并进的核安全观。

　　核安全观的核心内涵是“四个并重”，即发展和安全并重，权利和义务并重，自主和协作并重，治标和治本并重。

　　中国核安全工作的基本原则是：安全第一、依法治核;预防为主、纵深防御;责任明确、独立监管;严格管理、全面保障。

　　【例1·单选】1938年，德国人( )在用慢中子轰击铀核时，首次发现了原子核的裂变现象，并放出新的中子。

　　A. 哈恩

　　B. 查德威克

　　C. 卢瑟福

　　D. 麦克斯韦

　　【答案】A

　　【解析】1938年，德国放射化学家和物理学家奥托•哈恩在用慢中子轰击铀核时，首次发现了原子核的裂变现象及放出新的中子的现象，使铀核发生裂变，为纳粹德国原子弹的发展做出了伟大的贡献，1944年获得诺贝尔化学奖。故本题选择A。

　　B项：查德威克，英国实验物理学家，1939—1943年参加“英国及美国曼哈顿工程地原子弹研究”。因发现中子，获得1935年诺贝尔物理学奖。

　　C项：卢瑟福，新西兰著名物理学家，著名的原子核物理学之父。他首先提出放射性半衰期的概念，证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线，并且证实前者就是氦离子。因为“对元素蜕变以及放射化学的研究”，他荣获1908年诺贝尔化学奖。

　　D项：麦克斯韦，19世纪伟大的英国物理学家、数学家，经典电动力学的创始人，1873年出版的《论电和磁》预言了电磁波的存在，揭示了光、电、磁现象的本质的统一性。

　　【例2·单选】下列有关核能表述正确的是：( )

　　A. 氢弹爆炸发生氢核聚变，其威力比原子弹小

　　B. 核电站使用的燃料一般是铀等放射性重金属

　　C. 自然界只有在人为条件下才会发生热核反应

　　D. 核电站的能量转换过程是直接从核能到电能

　　【答案】B

　　【解析】利用核能进行发电的电站称为核电站，当今世界上只能利用裂变的链式反应产生的能量来发电。核电站使用的燃料是铀或钚(bù)，以铀居多。

　　A项：氢弹，又称热核武器，属于核武器的一种。其主要利用氢的同位素(氘、氚)的核聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏，属于威力强大的大规模杀伤性武器。其威力比原子弹大。

　　C项：核聚变，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。自然界中，太阳可以通过热核反应产生光和热，不仅仅是在人为条件下才会发生热核反应。

　　D项：核电站用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。所以，核电站的能量转换过程是从核能到热能，再到机械能，最后转化为电能，而不是直接转化。

　　因此，选择B选项。

　　【例3·多选】核能是一种清洁能源，它的排放物不包括：( )

　　A. 水蒸气

　　B. 烟尘和固体废渣

　　C. 二氧化碳

　　D. 二氧化硫

　　E. 氮氧化物

　　【答案】BCDE

　　【解析】核能是通过核反应从原子核释放的能量，它是一种清洁能源。核能可通过三种核反应之一释放：核裂变、核聚变以及核衰变。人类目前核能的主要来源是核裂变，核裂变是指由重的原子核(主要是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。在这一反应过程中，核能不会产生二氧化硫、氮氧化物等大气污染物，也不会产生二氧化碳气体，同时不会产生烟尘或者固体废渣。但是需要水来充当冷却剂，在这一过程中会产生水蒸气。

　　因此，选择BCDE选项。

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