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第 九 組 小組成員: 49812005 49812103 49422083 49812117 49812124 49812034 工作分配: 李易庭 黃君漢 賈京儒 楊少弘 魏嘉緯 王俊惟 找尋核能資料 找尋核彈資料 找尋核廢料資料 上台報告 報告製作 簡報製作 目錄 • • • • • • • • • • • • • • • • • 核能的來源1------------------------3 核能的來源2------------------------4 核能發電-----------------------------5 核子反應爐-沸水式----------------6 核子反應爐-壓水式----------------7 核武的製作--------------------------8 核分裂and核融合------------------9 原子彈-------------------------------10 核彈的傷害part1-------------------11 核彈的傷害part2-------------------12 核彈的傷害part3-------------------13 核彈的傷害part4-------------------14 影片觀賞(廣島原子彈)------------15 核廢料--------------------------------16 核廢料的處理-----------------------17 核能的好與壞-----------------------18 參考資料-----------------------------19 核能的來源-1 有些原子的原子核若被外界的中子擊中時，容易分裂成兩個較 小的原子核，又稱為核分裂。 而所謂「核能」就是核分裂時所放出的能量。核分裂時可產 生極大的能量。例如鈾的原子核分裂所放出的熱量約為碳原子燃 燒放出能量的一千萬倍以上。 核能電廠就是利用核分裂所釋放出的能量來發電。 核分裂的過程， 新產生的分裂原子核的總質量會較分裂前原先的原子核的總質量 輕一些。這部份減少的質量就是核能的來源。 核能的來源-2 核分裂時能釋放出多少能量是依據1905年愛因斯坦所提出的 理論E=mc2計算，公式中的Ｅ為能量，ｍ為質量，而Ｃ則為光 速，其含義為質量與能量為一體的兩面，兩者之間是可以互 換的。根據愛因斯坦的相對論，只要極少的物質經由核分裂 或核融合反應，即可轉換成驚人的能量。 質量轉換產生的能量是非常巨大的，若以1公克的質量轉 化所釋放的能量相當於16萬公噸黃色炸藥的爆炸威力或約可 讓100瓦的燈泡點三萬年。 愛因斯坦 核能發電 核能發電是利用鈾-235分裂反應所產生的能量，將水加熱使其變 成蒸汽，再推動汽輪機與發電機來發電，而核分裂產生的能量則 來自分裂後損失的質量。看似很簡單的兩句話，但是真想利用這 種原理來發電還須透過很精緻而複雜的工程技術；而在不同地區 不同國家的工程師各自努力下，核能發電雖源自相同的物理現象， 卻有不同的工程設計。目前世界上數量最多的是壓水式核電廠， 其次是沸水式核電廠，而我國核一、二廠採用後者，核三廠則採 用前者之設計，因此特別針對這兩類電廠再詳加說明其構造。 核子反應爐-沸水式 上圖為沸水式核反應器的示意圖，圖中與控制棒相間較粗的紅棒為燃料棒， 核分裂的主角—鈾-235—即裝在其中，燃料棒必須一直泡在水中，而水 除了 吸收核分裂反應產生的能量外，還兼做中子的「緩和劑」；要瞭解這個名詞 須先回顧一下核分裂反應過程，該圖左邊使鈾-235發生分裂的中子必須是低 能量的中子（在核能界稱其為慢中子或熱中子），而圖右邊新生中子的能量 約為慢中子的四千萬倍，因此被稱為「快中子」；若想使快中子引發下一個 鈾-235原子核之分裂（核反應式： n+ U→ Kr+3 n），則必須使其能量降 低，而水中的氫原子質量與中子相近，故快中子與氫原子碰撞多次後能量會 傳給氫原子而變成慢中子。因此水因有緩和快中子能量的作用而被稱為緩和 劑，而也因有此種現象才能使核分裂反應得以持續發生。 核子反應爐-壓水式 壓水式核反應器流程上圖所示，其分裂反應原理，燃料棒設計，緩和劑功能，壓力 槽與圍阻體之作用等都與沸水式核反應器類似；兩者間最大的差別是壓水式反應器 在水加熱成蒸汽的過程中採用了兩套迴路，在壓水式反應器中的「主迴路」裏冷水 經過爐心加熱後只增加溫度但不變成蒸汽，熱水送至「蒸汽產生器」中把熱量傳給 「次迴路」的水後變成冷水再送回爐心；而次迴路的水則會被加熱成蒸汽去推動汽 輪機，用過的蒸汽再經海水冷卻後重複使用，這種設計可以確保汽輪機使用的蒸汽 絕無核分裂反應所產生的放射性物質，。 核武的製作 • 利用核反應的光熱輻射、衝擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用，以及造成大面積放射性污染， 阻止對方軍事行動以達到戰略目的的大殺傷力武器。主要包括核分裂武器（第一代核武，通常稱為 原子彈）和核融合武器（亦稱為氫彈，分為兩級及三級式）。亦有些還在武器內部放入具有感生放 射的輕元素，以增大輻射強度擴大污染，或加強中子放射以殺傷人員（如中子彈）。核武器也叫核 子武器或原子武器。 上圖為: 1945年在日本長崎投下的核武器， 引起高達18公里的磨菇雲 上圖為: MK15核子彈 核分裂and核融合 • 核分裂：鈾235或鈽239是很重的元素，其原子核內具有很多中子與質子；當我們另外以加速的自由 中子，打向這些原子時，其原子核就裂成碎片，並放出高速運動的自由中子，而這些自由中子又再 打擊其他的原子或碎片，又再放出自由中子，如此不斷，產生「連鎖反應」，而高速運動的中子不 斷的在反應內攪動、摩擦，在極微秒內就可以產生極為巨大的能量。 • 核融合：核融合和核分裂恰好相反，而且只能在小原子之間產生；在核融合氣體燃料中含有二種 「氫」：一是「重氫」(氘)，有著一個質子一個中子，另一種是「超重氫」(氚)，有一個質子二個中 子；當我們把燃料加熱到幾百萬度，氘和氚撞擊在一起，就會互相熔合，產生具有二個質子三個中 子的「氦」，但氦的穩定形式其實是二個質子二個中子，所以會放出一個自由中子，以及巨大的熱 能。 原子彈 • 平常一般人常通稱的『原子彈』，更正確的說法應該是『核彈』！核彈是用核分裂的原理所製造出 來的，和氫彈是不同。我們現在已經瞭解構成物質的基本元素是『原子』。原子的大小約半徑 1010公尺的小球。讓我們感覺一下：若是將一粒綠豆，放大為有如台灣本島一樣的大小時，組成綠豆 的每一個原子的大小約如同地面上一顆顆約1公分的小石頭。 製造核彈的條件: 1.必須先有中子源觸發核分裂過程。 2.當原子核被中子撞擊時 必須能觸發核分裂過程。 3.核分裂的過程必須產生 較多的中子。 4.每一個核分裂產生的中子 必須能引發超過一個以 上的核分裂反應。 人類首次用於實戰的核武： 小男孩 核彈的傷害-part1 • • 在上方我們有說過核武是利用核反應的光熱輻射、衝擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用，以及 造成大面積放射性污染。 核彈的主要的破壞力來自於衝擊波效應。絕大多數的建築（當然除了特別加固和抗衝擊結構的工 事），將受到致命的摧毀。衝擊波的速度將超過每小時幾百公里，而他肆虐的範圍會隨著核武器當 量的增加而增加。兩種相似又不同的現象將隨衝擊波的到來而產生： 1.靜態超壓：衝擊波帶來的壓強急速升高，任何給定點的靜態超壓正比於衝擊 波中的空氣密度。 衝擊波的破壞 2.動態壓強：即是被形成衝擊波的疾風拉扯的效應，疾風會推動、搖晃和撕裂 周圍的物體。 大多數核武器空爆造成的破壞就是由靜態超壓和動態的疾風合成的效果。較長 時間的超壓拉動建築結構使其變得脆弱，這時吹來的疾風再一舉將其摧毀。壓 縮、真空和拉扯效應總共會持續若干秒鐘，或者更長。而這裡的疾風比世界上 任何可能出現過的颶風都要更加兇猛。 日本廣島在原爆之後 核彈的傷害效果-part2 • 高熱： 核彈爆炸的時候會產生有如太陽中心一般的高溫，尤其在火球形成的初期，此高溫會以每秒300000 公里的速度向外擴散，並且會將爆炸中心4.8公里內的所有物質幾乎完全氣化。而遠離在13公里內 的物質，都會在這猛烈的火團中自行燃燒，而在距離20公里內的生物，都會遭受嚴重的灼傷，即便 是40公里遠的生物，也會有相當程度的傷害。 • 爆震： 核彈爆炸時會產生龐大超高壓的震波，而這也是核彈的主要摧毀威力。幾乎位於爆炸中心6公里內的 所有建築物都被完全摧毀，而其時速1200公里的強風，則會將各種殘骸雜物及人類都拋到空中，更 加重爆震的傷害。另外如爆炸點較高，則其震波到達地面之後，會以『回聲』方式反射，如此兩種 震波同時到達，則它所造成的震壓強度將增加一千倍。 1954/3/26試爆的1千1百萬噸巨型戰 略核彈ROMEO 核彈傷害效果-part3 • 閃光： 核彈爆炸最先產生的便是令人目盲的閃光，任何人於160公里內直接目視此一 閃光，都會發生暫時性眼瞎，尤其在夜間會更加嚴重。 • 高熱： 核彈爆炸的時候會產生有如太陽中心一般的高溫，尤其在火球形成的初期，此 高溫會以每秒300000公里的速度向外擴散，並且會將爆炸中心4.8公里內的 所有物質幾乎完全氣化。而遠離在13公里內的物質，都會在這猛烈的火團中 自行燃燒，而在距離20公里內的生物，都會遭受嚴重的灼傷，即便是40公里 遠的生物，也會有相當程度的傷害。 核彈的傷害-part4 • • 電磁脈波： 核彈爆炸所產生的電磁脈波，會對現代文明的電話通訊、電器、雷達、電腦和供電系統，造成嚴重 的損害。 輻射汙染： 在核彈的傷害下最嚴重就是輻射汙染了，在第二次世界大戰時，美國分別在日本的廣島和長崎投下 了兩顆原子彈，進而導致日本投降。戰後，廣島和長崎因為核彈的輻射污染的影響之下，導致水、 食品和農作物都被污染了，全部都不食用。當然不只是食物，連當地的居民也受到影響，在受污染 的土地生活對人體也產生影響，當地居民的循環系統、免疫、生殖和代謝功能嚴重的被破壞，也同 時加速人體的癌細胞增殖，進而導致當地居民得到癌症的機率變的非常高。而孕婦體內的胎兒也受 到輻射污染的影響，導致孕婦生出來的孩子是畸形兒的機率提高了不少，這些的影響導致當時日本 的經濟下滑的十分嚴重。 比基尼海灘的核試在當地留下大量輻射塵 影片觀賞 • 廣島原子彈: • http://www.youtube.com/watch?v=LPr6Ve P6xYI 核廢料 廢料放射性的來源 (放射性核種之產生) 核能電廠產生的放射性核種依產生的機構、來源之不同，大致上可分成三種: 1.分裂產物 : 核燃料行分裂反應而來。分裂產物在正常情況下應被包封再燃料丸或 護套內，不過由於燃料棒的缺陷等種種原因，使得分裂產物有機會洩漏到 冷卻水中。 2.活化腐蝕產物 : 與核反應器的主冷卻水系統接觸的機械、管線大部分是由金屬或合金構成， 這些金屬材質長久曝露在溶液中，不免造成腐蝕現象；或被溶液沖刷侵蝕、磨 損而來的金屬離子、碎屑，經中子照射後活化成放射性核種。 3.活化氣體 : 反應爐冷卻水經核心照射後，其中的溶氧氣體就可能被活化變成活化氣體。 主要的活化氣體除Ar-41有較長的半衰期(1.83小時)，其餘 : N-13、N-16、O-19等半衰期分別僅10分鐘、7.5秒、29秒， 對整體廢料營運的衝擊很小。 核廢料桶 核廢料的處理 • 放射性廢氣處理: 處理的目的，在去除廢氣中所含的放射性惰氣(Noble gas)、放射性碘及微粒(Particulates)，以減少從核能設施外釋到 大氣中的放射強度。 主要工作是滯留及分離放射性核種，及盡量延長放射性氣體在廠內的停留時間， 使得放射性進一步衰減，而微粒則藉各種技術給予捕獲來儲存管理。 • 放射性廢液處理: 處理的目的，除了淨化水質、回收再使用之外，更重要的是減少放射性物質 排放到承受水質(Receiving body)(我國核電廠都排放到大海)，以降低對環境及人類的衝擊。 一般而言，廢液均先行分類收集，在以各種不同單元程序(過濾、蒸發、離子交換、逆滲透)單獨或組合起來處理之。 • 放射性廢料固化: 固化的目的在將原本鬆散的廢料轉換成穩定的完整個體(monolithic form)， 使能緊抓住核種，而延遲它們進入食物鏈(food－chain)的時間， 如此，核種即可從容地衰變，使放射性減弱。 核能的好與壞 核能的好處: <1>減少依化石燃料 <2>生產巨大能量 <3>祇需小量原料 <4>鈾礦蘊藏量足夠長期使用 <5>運作成本較低 核能的壞處: <1>輻射對人體造成的影響 <2>核能發電對環境的影響 <3>核廢料對環境的影響 <5>會使珊瑚白化魚畸形 <6>會導致癌症的發生 參考資料 資料來源: 核能: http://www.taipower.com.tw/main_1/main_1_7.htm http://www.newnuclearhome.com/pages/origin/originOfElectricity.htm http://www.sekada.com/health/nupower.html http://www.jtis.org/project1/ch41.htm http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E5%BC%B9 http://library.taiwanschoolnet.org/cyberfair2002/C0232400007/a41.htm 核彈: http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_1_%AE%D6%AF%E 0.pdf http://library.taiwanschoolnet.org/cyberfair2002/C0232400007/a41.htm 圖片來源: www.epochtimes.com/gb3/1/21/n268085.htm