2017-2018学年高中物理鲁科版3-5素材：第4章核能第4节核能的利用与环境保护原子能发电文本素材.docx

高中物理课程中，核能是重要的知识领域，特别是在鲁科版3-5教材中，第4章关于核能的利用与环境保护，主要讨论了原子能发电的原理和优势。原子能发电，即核电站，是现代电力生产的一种重要方式。 核电站的核心在于核反应堆，它的工作原理类似于火力发电厂的锅炉，但区别在于核反应堆并不依赖化石燃料的燃烧，而是利用铀-235等核燃料进行核裂变。这个过程会产生巨大的能量，远超过化学反应。当铀-235原子核裂变时，会释放出中子和γ光子，这些高能粒子转化为热能，通过水或重水等慢化剂降低中子速度，使其更容易引发新的裂变。热能随后被用来驱动汽轮机，进而带动发电机产生电力。 相比传统的火力发电，核电站的优点显著。能源密度极高，一小部分铀-235就能产生相当于大量煤炭燃烧的能量。这意味着核电站在能源运输和存储上有着显著的优势，尤其是对于交通不便的地区。核裂变不会像燃烧煤炭那样产生大量有害物质，因此对环境影响较小。然而，尽管核电站更清洁，但仍需妥善处理核废料和放射性废物，以防止环境污染和潜在的健康风险。 核电站的堆型主要有热中子堆，这是最常见的一种。热中子堆利用水或重水作为慢化剂和载热剂，降低中子速度并传递热能。水的慢化效率虽低于重水，但因其成本低廉而广泛使用。在热中子堆中，常用的核燃料是含铀-235约2%-4%的低浓缩铀。堆芯的设计可以选择单回路或双回路，前者直接利用高温沸水，后者则通过二次回路保持水在高压高温但不沸腾的状态，以提高安全性。 除此之外，热中子堆还有采用石墨作慢化剂和CO2作载热剂的石墨气冷堆，其特点是石墨被制成特定结构，铀燃料棒嵌入其中，CO2气体通过石墨的空隙传递热量。 核能发电是解决能源需求增长和环境保护双重挑战的重要途径，但也涉及到核安全、核废料处理和资源可持续利用等复杂问题。学习这部分内容有助于学生理解能源科学，培养对能源和环境问题的敏感度。