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1、能源安全與新能源開(kāi)發(fā)利用 第二部分 化學(xué)與能源（二） 開(kāi)發(fā)新能源 從資源角度考慮，我國(guó)常規(guī)能源相對(duì)不足， 人均占有量?jī)H為世界平均水平的一半。能源 供需矛盾突出。 我國(guó)能源以石油和煤炭為主，天然氣的產(chǎn)量 近年來(lái)有很大增長(zhǎng)，可這些主要能源也造成 了環(huán)境污染，而且不可再生。 尋找新能源迫在眉睫 新能源：可燃冰 新能源：可燃冰 可燃冰的學(xué)名是天然氣水合物 (Gas Hydrates )， 這是天然氣和水在特定的條件下所形成的一種透 明的冰狀結(jié)晶體 ,又稱 “ 氣冰 ” 、 “ 固體瓦斯 ” 。 是一種清潔高效、使用方便的新能源。 越來(lái)越多的科學(xué)家相信未來(lái)潔凈能源的最大一部 分也許就藏在海底或高緯度永凍

2、區(qū) 可燃冰的構(gòu)成 天然氣水合物與天然氣成分相似，且更為純凈， 簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是天然氣被包進(jìn)水分子中，在海底 低溫和很高壓力下形成的一種冰狀的固態(tài)晶體。 其結(jié)構(gòu)是若干個(gè)水分子通過(guò)氫鍵構(gòu)成多面體籠子， 籠子中包含有客體的天然氣分子，還可以是 CO2、 N2、 H2S等小分子氣體，它們被統(tǒng)稱為氣水化合 物。其化學(xué)成分不穩(wěn)定，可用 MnH2O表示 從化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)看，天然氣 水合物是這樣構(gòu)成的：由 水分子搭成像籠子一樣的 多面體格架，以甲烷為主 的氣體分子被包含在籠子 格架中。不同的溫壓條件， 具有不同的多面體格架。 可燃冰的性能 能量密度高，燃燒值高。 1m3相當(dāng)于 164m3的天然氣。 清潔無(wú)污染（幾乎

3、不產(chǎn)生任何燃燒廢棄物， SO2比 燃燒油或煤低 2個(gè)數(shù)量級(jí)） 使用方便。壓力降低就足以使天然氣水合物晶體分 解并釋放出大量甲烷氣體。 注意：甲烷的溫室效應(yīng)是 CO221倍，是一種對(duì)環(huán)境 破壞作用最大的溫室氣體 危險(xiǎn)性高 可燃冰的形成條件 被稱為水合甲烷的物質(zhì)大量沉積 低于 20oC的溫度 較大的壓力 有專家預(yù)測(cè)，可燃冰至少能為人類提供 1000年 的能源，它將來(lái)有望替代煤、石油和天然氣，成為“ 21 世紀(jì)的新能源”。 可燃冰的開(kāi)發(fā)利用 1810年，英國(guó)，達(dá)威在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)“天然冰”。雖然是塊香餑 餑，但開(kāi)發(fā)利用仍然很困難： 勘探定位技術(shù)，開(kāi)采技術(shù) 提制可燃?xì)獾募夹g(shù) 運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題 低成本開(kāi)發(fā) 其它：

4、 未燃燒的天然氣水合物直接排入大氣產(chǎn)生的強(qiáng)烈溫室效應(yīng) 未燃燒的天然氣水合物對(duì)海底已有油氣管道造成危險(xiǎn) 對(duì)魚(yú)的生長(zhǎng)的威脅 對(duì)航行的威脅 天可燃冰如何保持高壓、低溫狀態(tài)等 新能源：氫 理想能源 2000年 1月，美國(guó)通用汽車推出了使用新能源的 汽車 氫能概念車，在悉尼奧運(yùn)會(huì)的馬拉松比 賽中，通用汽車公司的“氫動(dòng) 1號(hào)”作為開(kāi)道車， 出盡了風(fēng)頭。 氫是萬(wàn)物之主，大約 100億年前，大量的氫核遍 布太空。 直到現(xiàn)在，太陽(yáng)總體積 80%仍是氫；木星氫占 82%；地球上地殼內(nèi) 100個(gè)原子中有 17個(gè)氫原子， 其數(shù)目?jī)H次于氧而居第二位。 新能源：氫的優(yōu)點(diǎn) 資源豐富。 H主要以化合態(tài)存在于水中，地球上水 資

5、源豐富， H2燃燒的產(chǎn)物是水，二者無(wú)限循環(huán) 氫作為燃料的獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)點(diǎn)是，它的燃燒產(chǎn)物是 水，不會(huì)污染環(huán)境，燃料循環(huán)與生物圈相吻合。 按重量計(jì)算，氫的能量是同量汽油能量的 2.5倍左右。 如果把噴氣機(jī)上的燃料換成同等效能的氫，就會(huì)大 大節(jié)省重量，這也使氫成為一種航空燃料具有的明 顯優(yōu)點(diǎn)。 新能源：氫的優(yōu)點(diǎn) 氫的燃燒值很高，即燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量很高，在空 氣中燃燒，溫度可達(dá) 1000oC。在氧氣中燃燒，可達(dá) 2800oC高溫。它產(chǎn)生的熱量比汽油高得多。 1gH2燃 燒時(shí)放熱 130KJ，是汽油的 34倍 使用方便，現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)，稍加改裝就可用氫作燃料， 也可通過(guò)燃料電池將氫能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?氫的運(yùn)輸和

6、銷售費(fèi)用要比輸電的便宜，在許多情況 下，把現(xiàn)有的天然氣管線改造一下，就能用來(lái)運(yùn)輸 氫。運(yùn)送氫的費(fèi)用只為遠(yuǎn)距離輸電的八分之一。氫 還可能比電更宜于儲(chǔ)存。 新能源：氫的存儲(chǔ) 常溫常壓下， H2的密度小，能量 /體積比小，所以必須解決 貯存問(wèn)題 儲(chǔ)氣罐 高壓鋼瓶 液化 H2：需要很厚的絕熱保護(hù)層。 貯氧合金技術(shù)：金屬與 H2充分反應(yīng)，回執(zhí)后釋放 H2。 碳納米材料：新型貯氧材料。（ 1999年我國(guó)研制，與克 隆羊同時(shí)被評(píng)為我國(guó)十大科技新聞） 大量?jī)?chǔ)存氫一般有兩種方法： 一種方法是 高壓下液化為液氫 。但在常壓下，氫氣必須 降溫至 -252度才能變成液體，這種方法成本高，而且儲(chǔ)存液 氫要有極好的絕熱設(shè)

7、備 托瓦瓶。液氫易逸散滲漏，會(huì)釀成 嚴(yán)重火災(zāi)和爆炸事故。 另一種方法是 用某些金屬或合金來(lái)儲(chǔ)存氫 。氫有一個(gè)奇 持的性質(zhì)，它會(huì)與某些過(guò)渡金屬 (如鈀等 )或合金形成金屬氫 化物，如 1體積膠狀銠 (Rh)能吸收 2900體積氫氣。當(dāng)溫度升高 或體系氫壓降低時(shí)，它們就放出氫。利用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫具有 儲(chǔ)存量高、可逆、安全等優(yōu)點(diǎn)。 氫的儲(chǔ)存方法 新能源：氫的制作 實(shí)驗(yàn)室制氫： Na， Ca與 H2O反應(yīng)制 H2等 工業(yè)制氫：天然氣、石油裂解可制 H2，水煤氣可 用煤炭制 H2，但消耗化石燃料制 H2從能源角度講 毫無(wú)意義。 用 H2O制氫： 電解 H2O 熱化學(xué)分解 利用太陽(yáng)能分解水 生物制 H2：

8、模擬光合作用 研究新的合理的制氫方法是一項(xiàng)一勞永逸地解決能源 問(wèn)題的研究課題，理想的氫能源如圖所示。 理想的氫能源示意圖 光分解水制氫的研究中已找到一些催化劉，如 鈣和聯(lián) 吡啶形成的配合物 。它吸收的陽(yáng)光正好近似于水分解成 氫和氧所需的能量。另外， 二氧化鈦和某些含鈣的化合 物 也是較適用的催化劑。 有人大膽設(shè)想用城市垃圾和污水來(lái)制取氫氣，主要 原理是： 日本東京大學(xué)的科學(xué)家在氬和氦的氣流中 ， 將陶瓷 CNF 加熱至 300度 ， 然后用注射針頭向 CNF注水制得氫 。 由于水解 后 CNF又回到非活化狀態(tài) ， 所以 CNF能反復(fù)使用 。 在每一次 反應(yīng)中 ， 平均每克 CNF可產(chǎn)生 2至

9、3厘米 3H2。 我國(guó)在世界上首次完成生物制氫中試實(shí)驗(yàn) 。 哈爾濱建筑大 學(xué)的學(xué)者利用細(xì)茵從污水中分解收集氫氣 ， 并于 2000年 2月初 完成中試實(shí)驗(yàn) 。 利用含碳水化合物的有機(jī)廢水通過(guò)生物發(fā)酵 制氫 ， 使人類找到了一種新的可再生的潔凈能源 。 新能源：氫的利用 直接燃燒 氫能電池 新能源：二甲醚 二甲醚 (Dimethyl ether)，簡(jiǎn)稱 DME，化學(xué)分子式 為 CH3OCH3，是一種含氧燃料，它無(wú)毒性，常溫常壓 下為氣態(tài)，常溫時(shí)可在五個(gè)大氣壓下液化，具有與 液化石油氣相似的物性。 二甲醚無(wú) C-C鏈，其十六烷值大于 55，具有優(yōu)良的 壓縮性，非常適合于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，用作為柴油機(jī)

10、的代用燃料。而常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料液化石油氣、 天然氣、甲醇，它們的十六烷值都小于 10，一般只 適合于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。 新能源：二甲醚制備 二甲醚燃料的 制取原理 可以煤、天然氣、生物有機(jī)物 等為原料產(chǎn)生合成氣一氧化碳、二氧化碳和氫氣，然 后常規(guī)法先制得甲醇，進(jìn)一步脫水制成二甲醚。 二甲醚的 生產(chǎn)方法 最早是由高壓甲醇生 產(chǎn)中的副產(chǎn)品精餾后制得，隨著低壓合成甲醇技 術(shù)的廣泛應(yīng)用，副反應(yīng)大大減少，二甲醚的工業(yè) 生產(chǎn)技術(shù)很快發(fā)展到甲醇脫水或合成氣直接合成 工藝。近年來(lái)，二甲醚的需求量增長(zhǎng)較大，各國(guó) 又相繼開(kāi)發(fā)投資省、操作條件好、無(wú)污染的新工 藝，主要包括 二步法和一步法 ，一步法具有流程 短、設(shè)備效

11、率高、操作壓力低和 CO單程轉(zhuǎn)化率高 等特點(diǎn)，合成二甲醚的生產(chǎn)成本較兩步法大幅度 降低。因此，一步法經(jīng)濟(jì)上更加合理，市場(chǎng)上更 具競(jìng)爭(zhēng)力，總體上來(lái)說(shuō)更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 新能源：二甲醚使用 用于生活： DME在排放與燃燒方面都優(yōu)于 LPG， 只要有價(jià)格優(yōu)勢(shì)， DME大量替代 LPG是比較容易 的。因?yàn)?LPG的原有設(shè)施完全可以用于 DME。 用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃料：建立以 DME為燃料的電廠 替代柴油：這是一個(gè)重要領(lǐng)域。因?yàn)橐猿鍧嵢剂?取代柴油是個(gè)世界性課題，對(duì)中國(guó)尤其有挑戰(zhàn)性與 迫切性。因?yàn)椴裼褪俏覈?guó)油品中用量最大，也是目 前缺口最大的燃料（目前的柴油機(jī)難以滿足環(huán)保要 求）。 作為高附加值化工產(chǎn)品的中

12、間原料：如 CH3OOH(醋酸 ) LPG 液化石油氣是丙烷和丁烷的混合物，通常伴有 少量的丙烯和丁烯。一種強(qiáng)烈的氣味劑乙硫醇被加 入液化石油氣，這樣石油氣的泄漏會(huì)很容易被發(fā)覺(jué)。 液化石油氣是在提煉原油時(shí)生產(chǎn)出來(lái)的，或從石油 或天然氣開(kāi)采過(guò)程揮發(fā)出的氣體。 液化石油氣 (LPG)常被人們誤認(rèn)為是丙烷。實(shí)際上 LPG是石油 和天然氣在適當(dāng)?shù)膲毫ο滦纬傻幕旌衔锊⒁猿匾?態(tài)的方式存在。在美國(guó)和加拿大，對(duì)這兩種物質(zhì)的 混合通常被認(rèn)為主要是由丙烷組成，而在許多歐洲 國(guó)家其 LPG中的丙烷含量都只有 50%或更低。 新能源：太陽(yáng)能（能源之源） 地球上最根本的能源是太陽(yáng)能。煤、石油中的化學(xué)能是 由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)

13、化而成的，風(fēng)能、生物能、海洋能等其實(shí)也 都來(lái)自太陽(yáng)能。 太陽(yáng)每年輻射到地球表面的能量為 50 1018kJ，相當(dāng)于 目前全世界能量消費(fèi)的 1.3萬(wàn)倍，真可謂取之不盡用之 不竭，因此利用太陽(yáng)能的前景非常誘人。陽(yáng)光普照大地， 單位面積上所受到輻射熱并不大，如何把分散的熱量聚 集在一起成為有用的能量是問(wèn)題的關(guān)鍵。太陽(yáng)能的利用 方式是 光電轉(zhuǎn)化或光化學(xué)轉(zhuǎn)化 。 新能源：太陽(yáng)能利用 聚集陽(yáng)光 太陽(yáng)能的熱利用是通過(guò)集熱器進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化的，集熱器也 就是太陽(yáng)能熱水器。它的板芯由涂了吸熱材料的銅片制成 的，封裝在玻璃鋼外殼中。銅片只是導(dǎo)熱體，進(jìn)行光熱轉(zhuǎn) 化的是吸熱涂層，這是特殊的有機(jī)高分子化合物。封裝材 料也很

14、有講究，既要有高透光率，又要有良好的絕熱性。 隨涂層、材料、封裝技術(shù)和熱水器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等不同，終 端使用溫度較低的在 100 以下，可供生活熱水、取暖等； 中等溫度在 100 300 之間，可供烹調(diào)、工業(yè)用熱等； 高溫的可達(dá) 300 以上，可以供發(fā)電站使用。 新能源：太陽(yáng)能利用 光電轉(zhuǎn)換 太陽(yáng)能也可通過(guò)光電池直接變成電能，這就是太 陽(yáng)能電池、光伏打電池。它們具有安全可靠、無(wú) 噪聲、無(wú)污染、不需燃料、無(wú)需架設(shè)輸電網(wǎng)、規(guī) ?？纱罂尚〉葍?yōu)點(diǎn)，但需要占用較大的面積，因 此比較適合陽(yáng)光充足的邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)牧民或邊防 部隊(duì)使用。 光電池應(yīng)用范圍很廣，大的可用于微波中繼站、 衛(wèi)星地面站、農(nóng)村電話系統(tǒng)，小的可用

15、于太陽(yáng)能 手表、太陽(yáng)能計(jì)算器、太陽(yáng)能充電器等，這些產(chǎn) 品已有廣大市場(chǎng)。 -太陽(yáng)能庭院燈系列 太陽(yáng)能電站 - 新能源：太陽(yáng)能利用 光化學(xué)轉(zhuǎn)換 :儲(chǔ)存陽(yáng)光 熔鹽儲(chǔ)能法 太陽(yáng)能光解 H2O制 H2 綠色植物光合作用 新能源：海洋能 在地球與太陽(yáng)、月亮等互相作用下海水不停地運(yùn)動(dòng)， 站在海灘上，可以看到滾滾海浪，在其中蘊(yùn)藏著潮 汐能、波浪能、海流能、溫差能等，這些能量總稱 海洋能。 主要特點(diǎn)： 可再生性 清潔能源 能量多變，不穩(wěn)定性 能量巨大，頒布分散不均 海洋能 潮汐能 潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落 形成的水的勢(shì)能。 海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運(yùn) 動(dòng)以及它們之間的相互作用而

16、引起的。 在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升 高。由于地球的旋轉(zhuǎn)，這種水位的上升以周期為 12h25min 和振幅小于 1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽(yáng)引力的 作用與此相似，但是作用力小些，其周期為 12h。 當(dāng)太陽(yáng)、月球和地球在一條直線上時(shí)，就產(chǎn)生大潮；當(dāng)它 們成直角時(shí)，就產(chǎn)生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的 變化外，地球和月球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還產(chǎn)生許多其他的周期性 循環(huán)，其周期可以從幾天到數(shù)年。同時(shí)地表的海水又受到 地球運(yùn)動(dòng)離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引 起海水漲落的引潮力。 海洋能 波浪能 波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。 波浪的能量 與波高的平方、波

17、浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面 的寬度成正比。 波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。 波浪能是由風(fēng)把能量傳遞給海洋而產(chǎn)生的，它實(shí)質(zhì)上是吸收 了風(fēng)能而形成的。能量傳遞速率和風(fēng)速有關(guān)，也和風(fēng)與水相 互作用的距離（即風(fēng)區(qū)）有關(guān)。水團(tuán)相對(duì)于海平面發(fā)生位移 時(shí)，使波浪具有勢(shì)能，而水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，則使波浪具有動(dòng)能。 貯存的能量通過(guò)摩擦和湍動(dòng)而消散，其消散速度的大小取決 于波浪特征和水深。 深水海區(qū)大浪的能量消散速度很慢，從而導(dǎo)致了波浪系統(tǒng)的 復(fù)雜性，使它常常伴有局地風(fēng)和幾天前在遠(yuǎn)處產(chǎn)生的風(fēng)暴的 影響。 波浪可以用波高、波長(zhǎng)（相鄰的兩個(gè)波峰間的距離） 和波周期 （相鄰的兩個(gè)波峰間的時(shí)間）等特征來(lái)描述。 海洋能

18、溫差能 溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的 熱能。 海洋是地球上一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱和蓄熱器。 由太陽(yáng)投射到地球表面的太陽(yáng)能大部分被海水吸收， 使海洋表層水溫升高。赤道附近太陽(yáng)直射多，其海域 的表層溫度可達(dá) 25 28 ，波斯灣和紅海由于被炎熱 的陸地包圍，其海面水溫可達(dá) 35 。而在海洋深處 500 1000m處海水溫度卻只有 3 6 。這個(gè)垂直的溫 差就是一個(gè)可供利用的巨大能源。在大部分熱帶和亞 熱帶海區(qū)，表層水溫和 1000m深處的水溫相差 20 以 上，這是熱能轉(zhuǎn)換所需的最小溫差。據(jù)估計(jì)，如果利 用這一溫差發(fā)電，其功率可達(dá) 2TW。 海洋能 鹽差能 鹽差能是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)

19、的海洋能。 地球上的水分為兩大類：淡水和咸水。全世界水 的總儲(chǔ)量為 1.4 109km3，其中 97.2為分布在大 洋和淺海中的咸水。在陸地水中， 2.15為位于 兩極的冰蓋和高山的冰川中的儲(chǔ)水，余下的 0.65 才是可供人類直接利用的淡水。海洋的咸水中 含有各種礦物和大量的食鹽， 1km3的海水里即含 有 3600萬(wàn) t食鹽 海洋能 海流能 海流能是另一種以動(dòng)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。所謂海流主要是指海 底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海 水流動(dòng)。其中一種是海水環(huán)流，是指大量的海水從一個(gè)海域長(zhǎng)距 離地流向另一個(gè)海域。 引起因素兩種：首先海面上常年吹著方向不變的風(fēng)，如赤道南側(cè)

20、常年吹著不變的東南風(fēng)，而其北側(cè)則是不變的東北風(fēng)。風(fēng)吹動(dòng)海 水，使水表面運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而水的動(dòng)性又將這種運(yùn)動(dòng)傳到海水深處。 隨著深度增加，海水流動(dòng)速度降低；有時(shí)流動(dòng)方向也會(huì)隨著深度 增加而逐漸改變，甚至出現(xiàn)下層海水流動(dòng)方向與表層海水流動(dòng)方 向相反的情況。在太平洋和大西洋的南北兩半部以及印度洋的南 半部，占主導(dǎo)地位的風(fēng)系造成了一個(gè)廣闊的，也是按反時(shí)鐘方向 旋轉(zhuǎn)的海水環(huán)流。在低緯度和中緯度海域，風(fēng)是形成海流的主要 動(dòng)力。其次不同海域的海水其溫度和含鹽度常常不同，它們會(huì)影 響海水的密度。海水溫度越高，含鹽量越低，海水密度就越小。 這種兩個(gè)鄰近海域海水密度不同也會(huì)造成海水環(huán)流。海水流動(dòng)會(huì) 產(chǎn)生巨大能量。 核

21、能（原子能） 原子核是帶正電的質(zhì)子和中子的緊密結(jié)合體， 其直徑不及原子直徑的萬(wàn)分之一，但其質(zhì)量 卻占原子質(zhì)量的絕大部分。 為體么帶正電的質(zhì)子少可以緊密的結(jié)合在原 子核中？由于 核力 的存在。當(dāng)兩個(gè)核子間距 離為 310-13cm以內(nèi)時(shí)核子間有很強(qiáng)的吸引力 （遠(yuǎn)大于靜電排斥力），但一旦超過(guò)這一距 離，核力則驟減為 0。 質(zhì)子 原子核 核子 原子 中子 電子 核子結(jié)合能 當(dāng)核子因彼此間強(qiáng)核力的吸引作用而緊密結(jié)合 成穩(wěn)定的原子核時(shí)，會(huì)釋放巨大的能量，這種 能量叫核子結(jié)合能。 結(jié)合能的大小 2E mc= 原子能釋放途徑 原子能釋放途徑主要有兩個(gè) 輕核聚變成為一個(gè)較重核 重核裂變成兩個(gè)質(zhì)量中等的核 在輕

22、核區(qū)，如將平均結(jié)合能小的核聚變成平均結(jié)合 能大的核，將釋放巨大的能量。例如， 2個(gè) 2H核，聚 變成 1個(gè) 或 1個(gè) 2H核和 3H核聚變成 1個(gè) 核，并 釋放出一個(gè) ,都會(huì)釋放巨大能量。 這是核聚變反 應(yīng)和氫彈研制的理論依據(jù)。 在重核區(qū)，重核的平均結(jié)合能比中等核小，當(dāng)它分 裂為兩個(gè)中等核時(shí)，平均結(jié)合能升高，所以重核裂 變時(shí)釋放巨大能量， 這是制造核能反應(yīng)堆與原子彈 的理論根據(jù)。 42He 10n 42He 原子能釋放途徑特點(diǎn) 兩種方法的共同之處是平均結(jié)合能低的核轉(zhuǎn)變成 平均結(jié)合能高的核，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中，出現(xiàn) “ 質(zhì)量 虧損 ” ，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成增加的結(jié)合能釋放出 來(lái) 物質(zhì)與能量是同一事物的兩

23、個(gè)不同方面，物質(zhì)可 以消失，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的能量，能量可以消 失但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的物質(zhì)。即使很少量的物質(zhì) 也能產(chǎn)生極大的能量。所以物質(zhì)和能量合在一起， 既不能創(chuàng)造，也不能被消滅 核裂變能及利用 1938年德國(guó)化學(xué)家哈恩與他的助手用中子轟擊鈾原 子核后，得到兩個(gè)大小相仿的較小的核，并把這種 現(xiàn)象稱為裂變，釋放出的能量稱為 裂變能 。 同一年法國(guó)居里夫婦通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)中子引起一 個(gè)鈾核裂變的同時(shí)，釋放 23個(gè)中子，新產(chǎn)生的中子 以同樣的方式轟擊其他鈾核使其裂變，一變二，二 變四，四變八 。如不加控制，這種連鎖反應(yīng)越 來(lái)越激烈，在百萬(wàn)分子一秒內(nèi)就會(huì)把蘊(yùn)藏在原子核 內(nèi)的巨大能量釋放出來(lái)。（雪崩式裂

24、變 ） 核裂變能及利用 通常情況下，這種反應(yīng)不能持續(xù)下去，因?yàn)?238U會(huì)把大部分 中子吃下去， 235U才是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的關(guān)鍵。所以要讓反應(yīng)持續(xù) 下去， 分離提純 235U 使中子減速至 (用重水和石墨 ) 利用： 1.核彈： 2.核電：和平利用，另外產(chǎn)生的碎核可作標(biāo)記原子，射線可用 于醫(yī)學(xué)技術(shù) 1 40 ev 沖擊波 破壞因素 高溫 大火 輻射( 強(qiáng)光, X 射線，Y 射線) 輻射病 可控核聚變 地球的能量大部分間接或直接來(lái)自于太陽(yáng)，太陽(yáng)的能 量從何而來(lái)？ 1938年，美國(guó)科學(xué)家貝茨最先回答了這個(gè)問(wèn)題：太陽(yáng) 能來(lái)自核聚變，在極高的溫度下，由兩個(gè) H原子合成 一個(gè) He原子的熱核聚變。 能否用太

25、陽(yáng)的方法生產(chǎn)能量？ 1954年 3月 1日，美國(guó)在太平洋上的比基尼島上成功爆 炸了第一顆氫彈，開(kāi)始了人類研究熱核反應(yīng)的新篇章。 可控核聚變 核裂變產(chǎn)生巨大能量，但遠(yuǎn)不及核聚變，裂變堆的 核燃燒蘊(yùn)藏也極為有限，不僅產(chǎn)生巨大的輻射，傷 害人體，而且貽害千年的廢料也很難處理。 核聚變的輻射則少得多，而且核聚變能幾乎是一種 取之不盡的能源。其研究是當(dāng)今世界科技界為解決 人類未來(lái)能源問(wèn)題而開(kāi)展的主攻課題之一 。 可控核聚變 熱核反應(yīng)的原料是氫的同位素氘（以及氚）。 氘的提煉比鈾容易，而且在地球上的含量也極 其豐富，每噸海水含氧化氘 140g，每桶海水所 含氘的能量相當(dāng)于 300桶汽油。地球上的海水 有

26、1.371018t，按目前的耗能水平計(jì)算，氘所能 產(chǎn)生的能量可供全人類用 1萬(wàn)億年。 另一方面，熱核反應(yīng)的產(chǎn)物是氦，同核裂變相 比，聚變產(chǎn)生的放射性小得多，基本不造成污 染，所以說(shuō)氘是較“干凈”的能源。 可控核聚變 核聚變過(guò)程非常復(fù)雜，有兩種可能 核聚變應(yīng)用： 氫彈： 1967年我國(guó)氫彈爆炸成功（氘，氚） 研究可控核聚變：將核聚變產(chǎn)生的巨大能量按人類意愿 有控制地釋放出來(lái)，其目標(biāo)是建成聚變能核電站。目前 尚有大量技術(shù)問(wèn)題需要解決，科學(xué)家正突破各項(xiàng)關(guān)鍵技 術(shù)，以最終建成商用核聚變電站。據(jù)估計(jì)，可控?zé)岷朔?應(yīng)可望在 2025年投入商用。 3 2 4 11 1 2 0H H H e n+? CN 質(zhì)子- 質(zhì)子( H - H ) 循環(huán) 循環(huán) - 1、什么是一次能源、二次能源、可再 生能源、非再生能源、常規(guī)能源和新 能源？ 2、氫能源優(yōu)點(diǎn)是什么？氫能源的制取 方法有哪些？ 作業(yè)