研究生自然辩证法结课论文设计

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　学校代码： 10128学 号：20121800110

　学校代码： 10128

　学 号：20121800110

　自然辩证法结课论文

　自然辩证法结课论文

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　论文题目：核能源与

　论文题目：核能源与材料学

　学生姓名：

　学 院：材料科学与工程

　专 业：材料工程

　任课教师：

　二 〇 一 二 年 十 二 月

　摘要

　随着人类的飞速发展，而发展一直得益于化石能源的广泛投入，以至于当前人类面临着化石能源枯竭的现状。核能源却能恰到好处的满足人类对于能源的需求。核能发电的成本较低，同时核能能够产生巨大的能量。但是，核反应的控制必须依赖于材料学科技术的支撑。本文重点讨论了材料科学在核工业的有关领域的应用， 同时还介绍了核能源与材料的主要议题和有关技术进展。

　关键词：核能源；材料学；核应用

　 Abstract

　With the skyrocketing development of humanity \o "添加到单词本" ，however，the vast majority of that demand will be met by so much fossil energy that man is faced with the depleted of current fossil energy. Moreover, nuclear energy right meet men`s demand of energy. Nuclear energy not only lower the cost of electricity but alse can produce powerful energy. However，The control of nuclear reactions must rely on materials science technology. This paper mainly discussed the application of materials science technology in some fields related to nuclear energy. Besids，the main topic and related technical progress of materials and nuclear energy are alse introduced.

　Keywords：fossil energy；materials science；fossil application

　核能源与材料学

　一 绪论

　核能作为一种新型能源，它不仅能取代现有能源在社会生活的作用，造福于人类，并且与传统能源及其他新型能源相比具有无可比拟的优势。

　首先，开发利用核能源是解决目前能源危机的现实选择。随着人类的飞速发展得益于化石能源的广泛投入，然而当前人类面临着化石能源枯竭的现状。据统计，石油、天然气资源将在2050年宣告枯竭，煤炭资源将在150年后枯竭 [2]。我们无法想象一个不能满足人类能源需求的世界将会什么样，而核能源却能恰到好处的满足人类对于能源的需求。

　核能发电的成成本较低，同时核能能够产生巨大的能量，铀235分裂时产生的热量是同等质量煤的260万倍，是石油的160万倍[1]。所以，核能以其巨大的优势可以为人类的继续发展提供了坚强的后盾。

　开发利用核能源有利于维护世界和平。近年来所爆发的几场战争以及表现日益突出的国际争端其背后有一个重要的因素就是能源。通过伊拉克战争，以美国为首的西方顺利的控制了伊拉克的石油。另外，我国的南海问题东海问题无一不与能源有关。通过和能源的开发利用可以最大限度的满足主权国家的能源需求，从而进一步遏制以至于减少国际冲突和地区争端。可见，开发利用核能为维护和平的国际和地区环境创造了有利的条件。

　同时，核能作为一种新型能源，将在我们的生活的方方面面都发挥巨大的作用。核能不但不仅仅只是可以用来发电，医学上也越来越受益于和核技术，许多病症需要用放射性物质来治疗和预防。同时，核技术对食品的影响也越来越大，利用核技术可以对食物进行防腐消毒杀菌处理。核技术还可以广泛的应用于勘探、考古、扫雷等。和能源极大地改善和提高了人们的生活质量和水平，为人类更好的发展提供了可靠的保障。

　但是，当前人们对核能的安全性表示担忧，尤其是几年来的几起核事故更是让人们“谈核色变”，但是如果你去深入的分析了这其中的原因，你就会发现，这些事故无一不是人为的原因及技术原因造成的。人类总是向前发展的，而技术的革新也日新月异。通过对核反应堆的有效控制，我们完全刻可以避免各种核安全问题。

　对于核反应堆的安全性控制我们不得不想到核材料，比如高温气冷堆重要的慢化剂、反射层和结构材料,其氧化腐蚀性能对反应堆安全运行至关重要,因此已成为核材料学科的研究热点之一。慢化剂让核反应的效率下降，从而使核裂变速度放慢，能有效的调控反应堆的温度，大大提高反应堆的安全性。慢化剂可以降低反应堆对反应空间压强的要求，可以使反应堆的体积和质量大大减小，这对于制造空间、远程飞机等需要特殊能源的微型反应堆其有重要意义。

　二 核能源的应用

　核电是浓集、清洁、安全和经济的能源。首先核能是高度浓集的能源，核电站可建立在最需要用电的地方不受燃料运输的限制。l公斤铀裂变产生的热量相当于1公斤标准煤燃烧后产生热量的270万倍[3]。因此核电站特别适合于缺乏常规能源而又急需用电的地区如我国的东南、华南地区。核能是后备储量最丰富的能源，铀在地球上的储量相当丰富，等于有机燃料储量的20倍。

　核能是清洁的能源，有利于保护环境目前，世界上80%的电力来自烧煤或烧油的火力发电站，燃烧后的烟气排放到大气中严重污染环境。相同规模的火电站释放出的放射性比核电站大几倍[4]。

　核工业的主要业务范围包括：铀矿勘探、铀矿开采与铀的提取、燃料元件制造、铀同位素分离、反应堆发电、乏燃料后处理、同位素应用以及与核工业相关的建筑安装、仪器仪表、设备制造与加工、安全防护及环境保护。

　日本是第一个以核电为主要电力来源的国家，其核能发电，约占总发电量的三分之一。1997年建成的柏崎刈羽核电站，至今仍是世界上装容量最大的核电站。根据国际原子能机构2011年1月公布的最新数据，目前全球正在运行的核电机组已经达到442个，还有正在建设的核电机组65个，核电发电量约占全球发电总量的16%。而至2010年底，全球已经有60多个国家提出了发展核电的计划，包括阿联酋等这样的富油国家。来自国际原子能机构的预测，全球核能发电量在今后20年将会提高一倍[5-6]。

　近些年，对于核能源的应用正在向更宽广更深入方向发展，对于各国对于核能的应用各有抉择，表1-1为世界各国核电站排名情况[4]。

　表1-1 世界核电站排名

　数量排名

　国家或地区

　核反应堆机组数量

　占总发电量份额(%)

　1

　美国

　104

　19.8

　2

　法国

　59

　75.0

　3

　日本

　53

　34.7

　4

　英国

　35

　28.9

　5

　俄罗斯

　29

　14.4

　6

　德国

　19

　31.2

　7

　韩国

　16

　42.8

　8

　加拿大

　14

　12.4

　9

　乌克兰

　14

　43.8

　10

　中国

　12

　20

　11

　印度

　11

　27

　12

　瑞典

　11

　46.8

　13

　西班牙

　9

　31.0

　14

　比利时

　7

　57.7

　三 中国核能发展的趋势

　中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2020年约为4000万千瓦[7]。

　核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。例如，一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同 功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨[8]。

　核电的另一个优势是干净、无污染，几乎是零排放，对于发展迅速环境压力较大的中国来说，再合适不过。中国正在加大能源结构调整力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。

　中国核电发展的技术路线和战略路线一直在不断的进行着，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，近期发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上可以解决能源需求的矛盾。近些年来，中国也正通过改变发展体制，通过发展一些高效环保能源来摆脱对与煤炭等不可再生资源的依赖[9]。

　四 材料学在核能发展中的应用

　随着人类对核能需求的快速增长，为应对核能发展的挑战，世界主要核能国家已经开始了先进核能系统的研发。新材料与新技术被认为将在未来先进核能系统中发挥重要作用。

　4.1纳米材料纳米技术的应用

　纳米材料与纳米技术显示了在未来核能中广泛的潜在应用前景。比如其中高温气冷堆重要的慢化剂、反射层和结构材料,其氧化腐蚀性能对反应堆安全运行至关重要,因此已成为核材料学科的研究热点之一[10]。慢化剂让核反应的效率下降，从而使核裂变速度放慢，能有效的调控反应堆的温度，大大提高反应堆的安全性。慢化剂表面的防护层必须通过具有非晶结构的纳米级材料来进行封孔处理。

　4.2 核反应材料的应用

　核燃料元件是反应堆的核心部件，而核燃料则是核心中的核心。核燃料的设计和制造必须考虑以下几方面的技术要求。一方面，核燃料的组成和结构直接影响其稳定性和能量转化的效率以及核燃料元件的燃耗和使用寿命; 另一方面，核燃料需要长期在强辐照、高温和强腐蚀等极端条件下工作，核燃料的晶体结构容易变得不稳定; 此外，可裂变材料在堆内裂变产生多种裂变产物元素，而这些裂片元素的固体物理化学性质同母核相比通常会有很大的差异，从而使其原有的化学键和配位环境发生改变而导致材料的结构不稳定。由于其复杂性和挑战性，核燃料的研发和认证是一项非常耗时和艰巨的工作。加上不同堆型对燃料的要求也不尽相同，几十年来，核燃料的研发和认证一直不够系统。能在极端条件下稳定工作的先进核燃料是学者们努力的方向[11]。

　五 结束语

　随着技术革新，未来能源结构必定是多能互补，各显其能的时代。现阶段就应该加快提高新能源和可再生能源在能源结构中的比例。新能源和可再生能源由于污染少甚至无污染，对环境保护十分有利。但是，一切工业的发展都离不开材料学，材料可以说是一切工业发展的基石。所以，对于我们每一个材料人应该肩负起这一伟大的使命。

　参考文献

　[1] 伍浩松. \o "世界能源需求与核电" 世界能源需求与核电[J]. 国外核新闻 , 2007,(02)：1-2

　[2] 赵庆波, 单葆国. \o "世界能源需求现状及展望" 世界能源需求现状及展望[J]. 中国能源 , 2002,(02)：20-23

　[3] 韦中桑.漫谈核能的历史[M].现代物理知识.2005,3(18)

　[4] 能源研究报告课题组. \o "《能源需求与发展研究报告》要点介绍" 《能源需求与发展研究报告》要点介绍[J]. 福建能源开发与节约 , 2000,(04):3-5

　[5] \o "国际能源署将帮助我国储石油" 国际能源署将帮助我国储石油[J]. 石油库与加油站 , 2003,(06):15-19

　[6] \o "国际能源署称明年原油需求可能降温" 国际能源署称明年原油需求可能降温[J]. 中国能源 , 2004,(10):30-33

　[7] 窦庆峰, 黄盛初, 胡予红等. \o "国际能源署与洁净煤技术考察" 国际能源署与洁净煤技术考察[J]. 中国煤炭 , 1997,(08):60-63

　[8] 杨方. \o "国际能源署最新报告显示:城市客车看好欧Ⅱ以上柴油机" 国际能源署最新报告显示:城市客车看好欧Ⅱ以上柴油机[J]. 商用汽车 , 2002,(10):42-45

　[9] \o "叶青说中国将扩大能源领域对外开放" 叶青. 中国将扩大能源领域对外开放[J]. 中国金属通报, 1997,(22):25-27

　[10] 石伟群,赵宇亮,柴之芳等. 纳米材料与纳米技术在先进核能系统中的应用[J]. 化学进展,2011,7(23):1479-1481

　[11] 段新月. 浅谈核反应堆与裂变核材料的生产控制[J]. 兵器知识,2011,5.