核子能源新进展及未来能源开发

superDog

近日在CCTV10中国中央卫视科技频道介绍《驯核记》介绍：
1中国的原子能/核子能 的发展史。
2以及中国现代核子能在南海一代发展的国际核能发展。
3核子裂变能源再生研究等等。。。。



简介：

如果以地面上 自然界获取的 铀238。 (铀238为天然铀)

储存量只有数百万吨。
作为能源，最多能够供应目前人类百多所核电站使用多两三个世纪罢了。


海水铀

海水提铀是从海水中提取原子能工业铀原料的技术。海水中铀的蕴藏量约４５亿吨，是陆地上已探明的铀矿储量的２０００倍，但是浓度极低。

所以海水提铀成本比陆地贫铀矿提炼成本高６倍。

从２０世纪６０年代开始，日本、美国、法国等国家从事海水提铀的研究和试验，一般采用三种方法：
１、吸附法，使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；

２、生物富集法，使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。
据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；

３、起泡分离法，在海水中加入一定量的铀捕集剂?如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀。

日本是世界上第一个开发海水铀源的国家。
日本是一个贫铀国，铀埋藏量仅有８０００吨，因此日本把目光瞄向海洋。
从１９６０年起，日本加快研究从海水中提取铀的方法。
１９７１年，日本试验成功了一种新的吸附剂。
除了氢氧化钛之外，这种吸附剂还包括有活性碳。
据日本报道，这种新型吸附剂１克可以得到１毫克铀，因而用它从海水中提取铀远比从一般矿石提取铀的成本要低得多。
为此，日本已于１９８６年４月在香川县建成了年产１０千克铀的海水提取厂。
同时已制定了进一步建造工业规模的海水提铀工厂的计划，预计到２０００年前年产铀达１０００吨。

[ 本帖最后由 superDog 于 2-4-2006 06:10 PM 编辑 ]

用来发电的不是用铀－235吗？

superDog

资料来源:
核聚变——人类未来能源的希望
http://www.ipp.ac.cn/2005-10/200510880750.htm

人类自１９７３年以来，共向地球索取了５０００亿桶（约合８００亿吨）石油，剩下的石油按现有生产水平匡算，还可保证开采４４年。天然气也只能持续开采５６年，一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。

　　矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”，而且大约在２００年之内，石油、煤和天然气资源都有枯竭之虞。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。

　　世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无论是分裂或合成，都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子，就叫核聚变，太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的，目前的核电站也是利用核裂变而发电。

　　核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理，核聚变的辐射则少得多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。

　　核聚变要在近亿度高温条件下进行，地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热，来触发核聚变起燃器，使氢弹得以爆炸。但是，用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸，却不适用于核聚变发电，因为电厂不需要一次惊人的爆炸力，而需要缓缓释放的电能。

　　关于核聚变的“点火”问题，激光技术的发展，使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前，世界上最大激光输出功率达１００万亿瓦，足以“点燃”核聚变。除激光外，利用超高额微波加热法，也可达到“点火”温度。世界上不少国家都在积极研究受控热核反应的理论和技术，美国、俄罗斯、日本和西欧国家的研究已经取得了可喜的进展。

　　１９９１年１１月９日１７时２１分，物理学家们用欧洲联合环形聚变反应堆在１.８秒种里再造了“太阳”，首次实现了核聚变反应，温度高达２×１０８℃，为太阳内部温度的１０倍，产生了近２兆瓦的电能，从而使人类多年来对于获得充足而无污染的核能的科学梦想向现实大大靠近了一步。
　　我国自行设计和研制的最大的受控核聚变实验装置“中国环流器一号”，已在四川省乐山地区建成，并于１９８４年９月顺利启动，它标志着我国研究受控核聚变的实验手段，又有了新的发展和提高，并将为人类探求新能源事业做出贡献。美中两国科学家分别于１９９３年和１９９４年在这个领域的研究和实验中取得新成果。

　　目前，美、英、俄、德、法、日等国都在竞相开发核聚变发电厂，科学家们估计，到２０２５年以后，核聚变发电厂才有可能投入商业运营。２０５０年前后，受控核聚变发电将广泛造福人类。

　　核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体３Ｈｅ（氦－３），氘和氚在地球上蕴藏极其丰富，据测，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，这就是说，１升海水可产生相当于３００升汽油的能量。一座１００万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需３０４千克。

　　氘的发热量相当于同等煤的２０００万倍，天然存在于海水中的氘有４５亿吨，把海水通过核聚变转化为能源，按目前世界能源消耗水平，可供人类用上亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助“燃料”，地球上的锂足够用１万年～２万年，我国羌塘高原锂矿储量占世界的一半

superDog

原帖由 SherlockHolmes 于 2-4-2006 05:37 PM 发表
用来发电的不是用铀－235吗？

铀－235 要由238中提炼的。

将天然铀２３８做成铀２３５或钚２３９，或者将天然钍２３２做成铀２３３，
并且要达到９９％以上的纯度，方可作为军用级核材料。


资料来源
维基百科，自由的百科全书
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%88%BE

常见的同位素有铀-235和铀-238，当中铀-235经过提炼后可以用作核能发电。

化合物
铀的氟化物六氟化铀（UF6），它的熔点是摄氏56度、三相点是摄氏64度及稍高于大气压力。提炼铀-235的方法之一就是分离六氟化铀。

核反应
铀可以进行核反应，其释放的巨大能量可用来发电或作为武器。
用中子撞击铀-235，可引发链式反应。铀-238经慢中子撞击后会变成铀-239，然后衰变到钚，也可以进行核反应。

[ 本帖最后由 superDog 于 2-4-2006 06:13 PM 编辑 ]

superDog

氦3 He3

核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体３Ｈｅ（氦－３），
氘和氚在地球上蕴藏极其丰富.

据测，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.

这就是说，１升海水可产生相当于３００升汽油的能量。
一座１００万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需３０４千克。

　　

氘的发热量相当于同等煤的２０００万倍，天然存在于海水中的氘有４５亿吨，把海水通过核聚变转化为能源，按目前世界能源消耗水平，可供人类用上亿年。
锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助“燃料”，地球上的锂足够用１万年～２万年，我国羌塘高原锂矿储量占世界的一半。


　　科学家们发现，以３Ｈｅ为燃料的核聚变反应比氘氚聚变更清洁，效益更高，而且与放射性的氘氚不同的是３Ｈｅ是一种惰性气体，操作安全。获得过诺贝尔奖金的科学家博格、美国总统军备控制顾问保罗·尼采１９９１年曾撰文说，没有其它能源能像３Ｈｅ那样几乎无污染。



　　人类将在月球上开采地球上不存在的３Ｈｅ矿藏，用于代替氚，从而使目前世界各地建造的实验性聚变反应可以攻克关键性的难关，使其走上商用成为可能。地球上并不存在天然的３Ｈｅ，作为核武器研究的副产品，美国每年生产大约２０千克，但一台实验性反应堆就需要至少４０千克。月球上的钛矿中蕴藏着丰富的３Ｈｅ资源。




　　月球表面的钛金属能吸收太阳风刮来的３Ｈｅ粒子。据估计，月球诞生的４０亿年间，钛矿吸收了大约１００万吨３Ｈｅ，其能量相当于地球上有史以来所有开发矿物燃料的１０倍以上。１９９４年日本宣布了去月球开发３Ｈｅ的计划项目，日本比美国在３Ｈｅ聚变项目上的投资要多出１００倍。




　　１９８６年起美国威斯康星州的麦迪逊就成了３Ｈｅ研究中心。只要从月球上运回２５吨３Ｈｅ，就可满足美国大约一年的能源需要。目前，全球每年的能源消费大约１０００万兆瓦，联合国１９９０年公布的数字，到２０５０年时将会猛增至３０００万兆瓦，每年从月球上开采１５００吨３Ｈｅ，就能满足世界范围内对能源的需求。




按上述开采量推算，月球上的３Ｈｅ至少可供地球上使用７００年。
但木星和土星上的３Ｈｅ几乎是取之不尽、用之不竭的。综上所述，可以看出，核聚变为人类摆脱能源危机展现了美好的前景。

superDog

个人认为 ~这就是为何中国争着开发载人航天及登陆月球的其中最大原因。~

superDog

资料：
大科普网
http://www.ikepu.com/book/szz/Uranium_08_total.htm

铀的提炼

    最重的天然元素铀已经成为新能源的主角，那么铀又是怎样提炼出来的呢？

    在居里夫妇发现镭以后，由于镭具有治疗癌症的特殊功效，镭的需要量不断增加，因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼擂，而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边，成了“废料”。

    然而，铀核裂变现象发现后，铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此，铀的开采工业大大地发展起来，并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。

    铀是一种带有银白色光泽的金属，比铜稍软，具有很好的延展性，很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大，与黄金差不多，每立方厘米约重19克，象接力棒那样的一根铀棒，竟有十来公斤重。

    铀的化学性质很活泼，易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时，表面被氧化层覆盖而失去光泽。粉末状铀于室温下，在空气中，甚至在水中就会自燃。美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹”，能烧穿30厘米厚的装甲锕板，“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。

    铀元素在自然界的分布相当广泛，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含3.5克铀。依此推算，一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低，每吨海水平均只含3.3毫克铀，但由于海水总量极大，且从水中提取有其方便之处，所以目前不少国家，特别是那些缺少铀矿资源的国家，正在探索海水提铀的方法。

    由于铀的化学性质很活泼，所以自然界不存在游离的金属铀，它总是以化合状态存在着。已知的铀矿物有一百七十多种，但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种，其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(二氧化铀)、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光，我们还记得，正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性，才导致了放射性现象的发现。

    虽然铀元素的分布相当广，但铀矿床的分布却很有限。国外铀资源主要分布在美国、加拿大、南非、西南非、澳大利亚等国家和地区。据估计，国外已探明的工业储量到1972年已超过一百万吨。随着勘探活动的广泛和深入，铀储量今后肯定还会增加。我国铀矿资源也十分丰富。

    铀矿是怎样寻找的呢？铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性，但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此，铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点：若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强，就说明那个地区可能有铀矿存在。

    铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别。但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一)，而用作核燃料的最终产品的纯度又要求很高(金属铀的纯度要求在99．9％以上，杂质增多，会吸收中子而妨碍链式反应的进行)，所以铀的冶炼不象普通金属那样简单，而首先要采用“水冶工艺”，把矿石加工成含铀60～70％的化学浓缩物（重铀酸铵)，再作进一步的加工精制。

    铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸氨)呈黄色，俗称黄饼子，但它仍含有大量的杂质，不能直接应用，需要作进一步的纯化。为此先用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，以达到所要求的纯度标准。

    纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。

    为制取金属铀，需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应，得到四氟化铀；最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀，即得到最终产品金属铀。如欲制取六氟化铀以进行铀同位素分离，则可用氟气与四氟化铀反应。

    至此，能作核燃料使用的金属铀和二氧化铀都生产出来了，只要按要求制成一定尺寸和形状的燃料棒或燃料块(即燃料元件)，就可以投入反应堆使用了。但是对于铀处理工艺来说，这还只是一半。

    我们知道，核燃料铀在反应堆中虽然要比化学燃料煤在锅炉中使用的时间长得多，但是用过一段时间以后，总还是要把用过的核燃料从反应堆中卸出来，再换上一批新的核燃料。从反应维中卸出来的核燃料一般叫辐照燃料或“废燃料”。烧剩下的煤渣一般都丢弃不要了，可这种不能再使用的废燃料却还大有用处呢！

    废燃料之所以要从反应堆中卸出来，并不是因为里面的裂变物质(铀235)已全部耗尽，而是因为能大量吸收中子的裂变产物积累得太多，致使链式反应不能正常进行了。所以，废燃料虽“废”，但里面仍有相当可观的裂变物质没有用掉，这是不能丢弃的，必须加以回收。而且在反应堆中，铀238吸收中子，生成钚239。钚239是原子弹的重要装药，它就含在废燃料中，这就使得用过的废燃料甚至比没有用过的燃料还宝贵。除此而外，反应堆运行期间，还生成其它很多种有用的放射性同位素，它们也含在废燃料中，也需要加以回收。

    从原理上讲，废燃料的处理与天然铀的生产并无多大差别。一般先把废燃料溶解，再用溶剂萃取法把铀、钚和裂变产物相互分开，然后进行适当的纯化和转化。但实际上，废燃料的处理是十分困难的。世界上很多国家都能生产天然铀，很多国家都有反应堆，但是能处理废燃料的国家却并不多。

    废燃料的处理有三个特点：一是废燃料具有极强的放射性，它们的处理必须有严密的防护设施，并实行远距离操作；二是废燃料中钚含量很低而钚又极贵重，所以要求处理过程的分离系数和回收率都很高；三是钚能发生链式反应，因此必须采取严格的措施，防止临界事故的发生。目前，废燃料的处理大都采用自动化程度很高的磷酸三丁酯萃取流程。

    我们看到，在铀处理的工艺链中，相对于反应堆而言，铀水冶工艺在反应堆之前进行，所以通常叫做前处理，废燃料处理在反应堆之后进行，所以通常叫做后处理。而从铀矿石加工开始的整个工艺过程，包括铀同位素分离以及核燃料在反应堆中使用在内，一般总称为核燃料循环。

superDog

如果人类的历史用《文明进化论》的过程比喻，
那么 氦3 就是这个世纪下半段开始的时代。
纳米只是 核子时代的一个小插曲。

superDog

我很想关掉这个帖了。马来西亚水准未到

馬拉棧

http://www.takungpao.com/news/07/01/17/ZM-679807.htm