核工業

核工業

核能開發和利用的綜合性工業部門
核工業是核能開發和利用的綜合性工業部門,也稱原子能工業,是上個世紀産生和發展起來的産業,是一種高新科技戰略工業。到目前為止,我國已建成了從鈾礦勘探到乏燃料後處理與三廢處理的完整核工業體系。[1]主要任務是和平利用核能和研制、生産核武器。從事核燃料、放射性同位素生産,核反應堆和核動力裝置的研究、設計、建造和核能生産(發電和供熱)和核武器研制。核工業中的許多工業企業的工藝十分複雜,技術要求高,科研和建設投資量大,目前隻有少數國家擁有象鈾同位素分離和乏燃料後處理工廠這樣工藝複雜的企業;核電工業技術也僅為少數國家所掌握,其他國家和地區發展核電主要依靠引進。
  • 中文名:核工業
  • 外文名:核工業
  • 别名:
  • 從事:核燃料研究、生産、加工
  • 主要任務:是和平利用核能和研制

簡介

核工業是從事核燃料研究、生産、加工,核能開發、利用,核武器研制、生産的工業。是軍民結合型工業。主要産品有:核原料、核燃料、核動力裝置、核武器(包括原子彈、氫彈和中子彈)、核電力,應用核技術等。

核工業在國防中具有重要的地位和作用。核武器比常規武器有更大的殺傷力和破壞力,能在戰争中起到一般武器所不能起到的作用,且造成放射性污染,對生态環境有長期、嚴重的後果。所以,核武器已成為某些國家現代軍事戰略的基礎。同時,在國民經濟發展中,核工業也具有極為重要的地位和作用。

學科

核工業是一門學科門類多、開拓領域廣、技術密集程度高的綜合性新興工業。它涉及到地質勘探、采礦、冶金、化工、電力、機械制造、建築、電機和精密儀表等工業部門和物理、化學、電子學、半導體、計算技術、自動控制、材料學、傳熱學、醫學和生物學等學科領域。一個國家的核工業發展水平,能集中地反映出這個國家的整個工業基礎和科學技術水平。

1896年法國物理學家貝克勒爾發現了天然放射性,揭開了現代科學技術嶄新的一頁。20世紀中葉以來,核科學技術和核工業取得了迅速的發展,實現了從基礎理論研究到應用技術研究,從軍事利用到和平利用的重大轉變。核技術已滲透到各個領域,它在經濟建設、科學研究和社會生活中應用廣泛,效益明顯,是當代技術寶庫中的重要組成部分。

現狀

在經曆了日本福島核事故沉重打擊後核電正在逐步走上複蘇之路。并且,越來越嚴重的能源、環境危機,促使核電作為清潔能源的優勢又重新顯現,核能在世界未來的低碳能源中将繼續扮演重要角色。同時經過多年的技術發展,核電的安全可靠性進一步提高,美國、歐洲、日本開發的先進輕水堆核電站,即“第三代”核電站取得重大進展,有的已投入商運或即将立項。核電作為安全可靠、技術成熟的清潔能源,并且,核電作為當前唯一可大規模替代化石燃料的清潔能源,越來越受到世界各國的重。

目前世界上已有30多個國家或地區建有核電站。根據國際原子能機構(IAEA)統計,截至2012年12月底,共有437台核電機組在運行,總裝機容量約3.7億千瓦。核電站主要分布在北美的美國、加拿大;歐洲的法國、英國、俄羅斯、德國和東亞的日本、韓國等一些工業化國家。

其中美國有104台、法國58台、日本50台、俄羅斯33台、韓國23台、印度20台、加拿大19台等等。目前核電約占全球總發電量的15%,根據IAEA發布的2011年度全球核發電比例的統計數據,其中法國高達77.7%,韓國為34.6%,日本為18.1%,美國為19.2%。全球在建核電機組68台,裝機容量約為7069萬千瓦,其中超過70%的在建核電機組集中在亞洲的中國、印度和歐洲的俄羅斯等國家。

出于對環保、生态和世界能源供應等的考慮,核電作為一種安全、清潔、低碳、可靠的能源,近年來已被越來越多的國家所接受和采用,在全球部分地區掀起了核電建設熱潮。如今,越來越多的國家正在考慮或啟動建造核電站的計劃,已有60多個國家正在考慮采用核能發電。到2030年前,估計将有10-25個國家加入核電俱樂部,将新建核電機組。據國際原子能機構預測,到2030年全球的核電裝機容量增加至少40%。

正文

核能開發、利用的綜合性工業部門。主要任務是和平利用核能和研制、生産核武器。

主要内容從事核燃料、放射性同位素生産,核反應堆和核動力裝置的研究、設計、建造和核能生産(發電和供熱)和核武器研制。包括的企業和部門有放射性地質勘探、鈾礦開采、水法冶金、鈾精制、鈾同位素分離、核燃料元件制造、各種類型反應堆、核電站、乏燃料後處理、放射性廢物的處理和處置、锂同位素分離、放射性同位素生産、核武器生産,以及有關的科研、設計等。

迄今核能的主要燃料為天然的易裂變物質鈾-235。天然鈾中,鈾-235僅約占0.7%,其餘為鈾-238。在某種類型反應堆中,天然鈾可直接用做核燃料生産核能。但目前生産核能的主要類型反應堆(輕水堆)中,均用鈾-235濃度高于天然鈾的低濃鈾(鈾-235的濃度約為2~3%)做燃料。用做核武器的裝料,則必須用高濃鈾(鈾-235濃度在90%以上)。所以,從鈾礦石中提取天然鈾後,須經過鈾同位素分離工廠獲得所需鈾-235濃度的濃縮鈾。

另一種核燃料是钚-239,它是天然不存在的人工元素。為生産钚-239,需将鈾-238(稱為轉換材料)與易裂變物質放在核反應堆中,使轉換材料受中子照射,轉換成钚-239。生産核能用的核燃料元件中含有大量的鈾-238,所以核電站的乏燃料(輻照後從堆内卸出且不再在該堆中使用的核燃料)中也含有一定量的钚-239。

将輻照過的燃料元件置于放射化學工廠中進行化學處理,除去其中的裂變産物,回收易裂變材料和可轉換材料,并對所産生的放射性廢物加以處理和處置,稱為核燃料的後處理。回收後的易裂變材料可用做核燃料繼續使用。這一系列過程形成了核燃料循環系統,這是核工業的主要組成部分。一些制造熱核武器的國家,還有锂同位素分離、重水生産等部門。為開發核能和核技術及其應用以及研制核武器所設置的科研、設計單位,也是核工業的組成部分。

核工業中的許多工業企業的工藝十分複雜,技術要求高,科研和建設投資量大,目前隻有少數國家擁有象鈾同位素分離和乏燃料後處理工廠這樣工藝複雜的企業;核電工業技術也僅為少數國家所掌握,其他國家和地區發展核電主要依靠引進。因此,具備完整核工業體系的國家還為數不多。

興起與國外發展情況核工業于20世紀40年代始建于美國,起因于軍事需要。第二次世界大戰初期,美國猜測希特勒德國在研制核武器,決定趕在德國之前研制出核武器,為此投入了巨大的人力物力,開展了空前規模的研究工作。1942年6月,當科學研究确定有可能造出用于戰争的核武器時,開始了可望實現生産過程的初步工程的建設。為了保密,整個工程系統被稱為“曼哈頓工程區”,科研和建設以非常的戰時速度進行。1945年8月,美國在日本廣島投下了第一顆原子彈。

第二次世界大戰後,特别是在1949年蘇聯第一次原子彈試驗成功,美國核壟斷被打破後,美國決定擴大易裂變物質的生産,在1951~1956年間,擴建了和新建了三座氣體擴散廠。與此同時,也擴大了钚的生産。戰後,美國也緻力于艦船用和民用核動力裝置的研究。為發展熱中子動力堆,經過各種堆型的試驗研究,決定主要發展輕水動力堆,包括船用動力堆和核電站用動力堆。到1982年擁有核動力船艦約128艘。到1985年,擁有核電站93座。

蘇聯于1943年決定研制原子武器。1946年鍊式反應試驗成功之後,着手建立核工業。1948年第一座生産钚-239的反應堆投入運行,1952年第一座氣體擴散工廠投産。從40年代後期至50年代初,建立了易裂變物質生産工業。在核動力方面,蘇聯主要采用石墨水堆和壓水堆兩種堆型。至1982年,擁有核動力船艦約173艘。到1985年,擁有核電站51座。

英國于第二次世界大戰後建立了自己的核工業。法國于50年代建設了钚的生産工業,60~70年代初,建設了大規模的鈾同位素分離工廠。聯邦德國和日本引進美國的核電技術,于60年代建設了一批核電站,掌握了核電站設備制造和工程建設技術,建立了核燃料元件制造工業。加拿大有自己的核燃料工業和重水反應堆核電站。印度也建設了較小規模的核燃料生産企業和核電站。一些發展中國家和地區,也引進或以引進為主建設了核電站,有的也在積極發展自己的核工業。

在國民經濟中的作用主要有:①核工業能利用核能使之轉變為電能、熱能和機械動力,與有機燃料相比,核燃料具有異常高的熱值,單位質量核燃料産生的熱量為有機燃料的2.8兆倍。

用它作為能源,成品燃料的保存和運輸費用很少,因而在選擇核電站廠址時不受燃料開采和加工地區的限制,适合于在缺乏有機燃料和水力資源的地區提供能源,也可作為持久航行的遠洋船艦的動力。核電站在正常運行情況下釋放的有害物質比火電站的少得多,有利于環境保護,是一種清潔的能源。

核電技術已經成熟,在一些國家,核電已能在經濟上同火電相競争。由于煤炭和石油儲量有限,能供開采利用的時間也是有限的,而利用水力發電,又受水利資源地域上的限制,因此,利用核能發電,已被公認為一種替代能源。到1985年底,在全世界26個國家和地區有374座核電站在運行,總裝機容量為249754MW(兆瓦),約占世界電站總裝機容量的15%左右。大力發展核能已成為世界能源發展的總趨勢。但迄今廣泛發展的熱中子反應堆核電站,僅利用天然鈾中含量約0.7%的鈾-235。

為滿足今後較長時間的能源需求,必須發展快中子堆核電站。在這種反應堆中,能以工業規模将鈾-238轉換為人工的易裂變核素钚-239,使鈾資源的利用提高約60倍。法國和蘇聯已成功地建造和運行了快中子反應堆核電站。預計到21世紀初,這種堆型将進入商用階段。快中子反應堆核電站及其燃料循環系統将是核工業的重要組成部分。遠期則是發展利用氘氚核聚變産生能量的核聚變堆。

②向國民經濟各部門提供多種放射性同位素産品、同位素儀器儀表以及輻射技術等核技術,在輻射加工、食品保鮮、輻射育種、滅菌消毒、醫療診斷、示蹤探測、分析測量和科技生産等方面發揮愈來愈大的作用。放射性同位素和核技術應用的投資少、見效快、收益大、能耗低、公害小,經濟效益和社會效益顯着。在國際上已迅速發展成為新興的工業,廣泛用于國民經濟工、農、醫、科技等各個領域。

③核工業的發展需要冶金、化工、機械制造、電子等工業的支持,從而也促進了它們的發展。核工業所要求的耐輻射、耐高溫、抗腐蝕、超導體材料将開辟新材料的發展途徑。核技術中的活化分析、示蹤技術,提供了其他方法所不能解決的研究、分析手段。核工業的發展還促進許多新的科學領域,如輻射化學、放射化學、輻射劑量學、核醫學、核電子學等的發展。核工業與國民經濟各部門密切相關、相互促進。

中國核工業概況中國核工業創建于1955年。1950年即建立了中國科學院近代物理研究所,開展了原子核科學技術的研究工作。1954年在廣西發現了鈾礦資源的苗頭,1955年初,國家決定發展原子能工業,同年開始了鈾礦地質勘探工作。

1956年開始了第一座研究性反應堆和回旋加速器的建設,于1958年9月投入使用。1957年開始了核燃料企業的設計和建設工作。在上述工作中,中國曾得到蘇聯在技術上的援助。1960年8月,蘇聯中斷援助。此後,中國依靠本國力量建成了比較完整的核工業體系。1964年10月16日,中國成功地實現了首次核爆炸試驗。1967年6月爆炸了第一顆氫彈。1970年12月,中國第一艘核潛艇下水。

70年代初,中國開展了核電站的研究、設計工作。中國第一座自行設計的電功率為30萬千瓦的核電廠工程,已于1983年6月在浙江海鹽的秦山動工(見彩圖),計劃于1989年建成發電。此外,由廣東省與香港合營,1986年在廣東省深圳特區大亞灣,開始興建一座由國外引進的電功率為2×90萬千瓦的大型核電站。

核工業部已作為國家能源部門之一,負責中國核電站的建設和營運。核工業部大力組織了放射性同位素的生産和同位素及輻射技術的推廣應用,1985年中國生産的放射性同位素及其制品已有700多種。

1981年開始,中國核工業進入了新的發展時期;核工業從過去主要為軍用服務轉為軍民結合,在保證軍用的前提下,重點為國民經濟建設和人民生活服務,開展核能的和平利用,除着重搞好中國的核電建設和同位素、輻射技術的應用外,還将以核工業部門擁有的技術和裝備力量,投入到國家的現代化建設中去。

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