行業(yè)要聞
核能的應(yīng)用超出你的想象了嗎?
核能 是人類20 世紀(jì)的偉大發(fā)現(xiàn)之一。
核能的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用可一直追溯到19世紀(jì)末英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子開始,人類逐漸揭開了原子核的神秘面紗。
直至1945年8月6日和9日美國(guó)將兩顆原子彈先后投在了日本的廣島和長(zhǎng)崎。人們才真正見識(shí)到核能的強(qiáng)大威力。
核能作為一種清潔低碳、安全高效、可大規(guī)模利用的非化石能源,是推進(jìn)綠色發(fā)展、建設(shè)美麗中國(guó)的重要能源選擇。
如何獲取核能?
核能也稱原子能,迄今為止,人類獲取核能的途徑有兩種:核裂變和核聚變。核裂變和核聚變是兩個(gè)相反的核反應(yīng)過程。
核裂變能是指某些元素(如鈾、钚)的原子核在裂變?yōu)檩^輕原子核的過程中所釋放的能量。
核聚變能則是某些輕元素(如氫及其同位素氘、氚,以及氦、鋰)的原子核聚變 為較重原子核的過程中釋放出的能量。
核裂變和核聚變都有凈質(zhì)量的減少,減少的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為了核能。質(zhì)量很小的物質(zhì)也蘊(yùn)含著巨大的能量。
1 克的物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成 2.5×10的7次方千瓦時(shí)的電能或 90 太焦的熱能。
一顆葡萄干大小的質(zhì)量,當(dāng)完全轉(zhuǎn)換成能量時(shí)幾乎能給美國(guó)紐約全城供電1 天。
由此可見,核能密度之巨大。
未來核能主要應(yīng)用于哪些方面?
1 .核動(dòng)力破冰船
目前,很多國(guó)家都擁有破冰船,這些破冰船會(huì)應(yīng)用在各類考察中,特別是南極、北極考察,通過破冰船支持來探索兩級(jí)的奧秘。
目前,我國(guó)僅有 3 艘破冰船在役,均為常規(guī)動(dòng)力,其中 1 艘為極地考察破冰船(雪龍?zhí)枺?,隸屬國(guó)家海洋局;另外 2 艘隸屬海軍,主要用于渤海、黃海區(qū)域冬季破冰。
從我國(guó)目前擁有的破冰船及其性能參數(shù)與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比,破冰船的數(shù)量和破冰能力已不能滿足海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略需求,開展大型核動(dòng)力破冰綜合保障船的研發(fā)已經(jīng)是勢(shì)在必行。
估計(jì)2049年前,我國(guó)將建成一支強(qiáng)有力的兼顧保障國(guó)家安全與民用市場(chǎng)需要的軍民融合核動(dòng)力破冰船運(yùn)載能力與專業(yè)隊(duì)伍。
2 .浮動(dòng)式核電站
基于國(guó)內(nèi)現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源需求, 加上浮動(dòng)式核電站具有不占用陸地面積、 可根據(jù)能源需求分批建設(shè)、較好的可移 動(dòng)性、在大多數(shù)海岸地區(qū)和海洋區(qū)域都 可以建設(shè)等優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)相關(guān)研發(fā)單位陸 續(xù)開展了浮動(dòng)式核電站的研發(fā)工作。
2049 年前,估計(jì)我國(guó)能建成 20 座 以上核動(dòng)力浮動(dòng)平臺(tái),以滿足特殊地區(qū)的 差異化需要。
3. 核能清潔供熱
過去由于種種原因,核能供熱除了實(shí)驗(yàn)性或小范圍應(yīng)用以外,至今未規(guī)模化推廣。但在當(dāng)前重視生態(tài)文明的新常態(tài)下, 隨著北方地區(qū)霧霾日益嚴(yán)重,核能供熱問題再次受到社會(huì)公眾的高度關(guān)注。相比于其他清潔供暖方式,核能供熱具有低碳清潔、安全性高、經(jīng)濟(jì)性好、運(yùn)行穩(wěn)定等多重優(yōu)勢(shì),是當(dāng)前不可多得的、較為成熟的替代一次能源,可為大規(guī)模集中供暖提供清潔能源。
4.空間用放射性同位素電池
目前,同位素電池在空間中的應(yīng)用均為無人任務(wù)。在未來,同位素電池還將繼 續(xù)服務(wù)于各種無人空間任務(wù)(尤其是各種缺乏太陽能的空間任務(wù))。同時(shí),隨著新 型高效熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用,單個(gè)同位素電池的輸出電功率有望達(dá)到千瓦以上,多 個(gè)同位素電池的聯(lián)合應(yīng)用可以供給數(shù)千瓦電力,這個(gè)功率量級(jí)已經(jīng)可以支持一些載 人空間任務(wù),尤其是早期的有人月球及火星任務(wù)。
5.空間核反應(yīng)堆電源
空間核反應(yīng)堆電源是在空間任務(wù)中將核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能 轉(zhuǎn)換成電能為航天器供電的裝置。
與太陽能電池相比較,空間核反應(yīng)堆電源的根本優(yōu)點(diǎn)在于其為自主電源,不依賴于陽光,且儲(chǔ)能極高,從而在以下方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì):
(1)它是自主電源,不依賴于陽光,可全天時(shí)、全天候連續(xù)工作,能夠在深遠(yuǎn)空間、太陽陰影區(qū)工作;
(2)環(huán)境適應(yīng)性好,生存能力強(qiáng),可在塵暴、高溫、輻射等惡 劣條件下工作;
(3)適用功率范圍廣,可以覆蓋千瓦至兆瓦及以上功率輸出,可以有效滿足航 天任務(wù)日益增長(zhǎng)的能源需求;
(4)質(zhì)量功率比隨功率增長(zhǎng)而降低,在大功率條件下質(zhì)量功率比優(yōu)于太陽能電 池,且功率越大,質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)越明顯,非常適合于大功率航天任務(wù);
(5)無對(duì)日定向要求,可設(shè)計(jì)成緊湊結(jié)構(gòu),隱身特性及機(jī)動(dòng)特性好,大功率條件 下系統(tǒng)體積及結(jié)構(gòu)展開尺寸遠(yuǎn)小于太陽能電池,受打擊面積小,非常適用于為軍事 任務(wù)服務(wù)。
6.核熱推進(jìn)
核熱推進(jìn)是利用核反應(yīng)堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱能直接將推進(jìn)劑 (如氫氣)加熱到很高的溫度,將其從噴管噴出,產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力。
核熱推進(jìn)系統(tǒng)的推力大,可達(dá)數(shù)百千牛,比化學(xué)火箭略小或 相當(dāng)。核熱推進(jìn)系統(tǒng)的比沖高,可達(dá) 1000 秒左右,是化學(xué)火箭 的 2 倍多。對(duì)于相同的推進(jìn)任務(wù),核熱推進(jìn)所需要的推進(jìn)劑僅為 化學(xué)火箭的一半,可大幅降低初始發(fā)射質(zhì)量。
未來核能在清潔能源利用上將大有可為!我們不應(yīng)“談核色變”,了解其實(shí)質(zhì),掌握其規(guī)律,讓能源得到更充分的應(yīng)用。
# 推薦語
核能是典型的軍民融合產(chǎn)業(yè),先在軍事力量得到應(yīng)用,后推廣到民用領(lǐng)域,本書瞄準(zhǔn)未來人類需要, 提出了核能在海洋、太空、供暖、運(yùn)輸?shù)确矫娴男聭?yīng)用領(lǐng)域,勾勒了核能應(yīng)用的美好前景。
本文編輯:浮雙雙