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引子 世界第一座核反应堆的诞生1

第1章 为什么要开发核能4

1.1什么是核能4

1.2两种核能5

1.3能源的现状5

1.4人口与能源的矛盾突出7

1.5化石能源严重污染环境7

1.6核能的优点9

1.7化石能源行将用尽10

1.8种类繁多的替代能源12

1.9核能是不可或缺的替代能源14

1.10中国必须发展核能19

第2章 核能发现的历史回顾21

2.1最早“原子”概念的提出22

2.2原子论的复兴22

2.3电子的发现24

2.4“小太阳系原子模型”的提出26

2.5质子的发现27

2.6中子的发现27

2.7众多的基本粒子的发现29

2.8 X射线的发现30

2.9放射性的发现32

2.10钋和镭的发现33

2.11质能转换公式的提出35

2.12首次人工核反应的实现36

2.13首次人工放射性同位素的制成36

2.14核裂变的发现37

2.15有关核能发现的大事年表39

第3章 核燃料与核燃料循环41

3.1链式裂变反应41

3.2放射性44

3.3核燃料44

3.4铀及其化合物46

3.5钍及其化合物48

3.6钚及其化合物50

3.7天然放射性衰变系55

3.8核燃料循环59

3.9铀矿的勘探和开采69

3.10铀矿石的加工和精制71

3.10.1铀矿石预处理71

3.10.2铀矿石浸出72

3.10.3铀的浓缩与纯化77

3.10.4铀的精制与转化82

3.11铀的同位素分离88

3.11.1气体扩散法90

3.11.2气体离心法92

3.11.3气体动力学法93

3.11.4激光法93

3.11.5六氟化铀再转化94

3.12燃料元件的制造96

3.12.1轻水堆燃料元件98

3.12.2压力管式重水堆燃料元件100

3.12.3生产堆燃料元件101

3.12.4快中子增殖堆燃料元件101

3.12.5高温气冷堆燃料元件102

3.13核燃料后处理103

3.13.1磷酸铋流程105

3.13.2 Redox流程105

3.13.3 Butex流程107

3.13.4Trigly流程107

3.13.5 Purex流程108

3.13.6干法流程119

3.14放射性废物的处理处置120

3.14.1废燃料121

3.14.2超铀α高放废物121

3.14.3中、低放废物122

3.14.4放射性废气123

3.14.5高放废物处置库123

3.15放射性物料的运输124

3.16近期的核燃料生产和库存状况126

3.17世界核燃料循环工业的历史与现状128

3.18中国核燃料循环工业的建立和发展138

3.19钍-铀核燃料循环143

3.19.1从钍矿石中分离提纯钍，制备核纯二氧化钍和金属钍144

3.19.2钍基核燃料后处理Thorex流程146

3.19.3钍基核燃料在反应堆中的运行实践与发展前景150

第4章 核能的军事应用152

4.1核武器概况152

4.2对原子弹的基本要求153

4.3枪式原子弹155

4.4内爆式原子弹156

4.5核爆炸的破坏力及防护157

4.5.1光辐射158

4.5.2冲击波158

4.5.3瞬时核辐射159

4.5.4剩余核辐射160

4.5.5核电磁脉冲160

4.6原子弹的爆炸方式160

4.7核武器的小型化161

4.8氢弹162

4.9中子弹167

4.10其他第三代核武器169

4.10.1减少剩余放射性弹169

4.10.2增强X射线弹169

4.10.3核电磁脉冲弹169

4.10.4核钻地弹170

4.11对低当量核武器的不同看法170

4.12美国着手考虑未来核武计划171

4.13第四代核武器初探172

4.13.1金属氢武器172

4.13.2核同质异能素武器172

4.13.3反物质武器173

4.14世界第一颗原子弹的研制174

4.14.1“铀顾问委员会”的成立和“曼哈顿工程”的启动174

4.14.2第一座核反应堆的建立178

4.14.3第一批原子弹的问世179

4.14.4第一次原子弹爆炸试验180

4.15原子弹用于实战182

4.16科学家的良知187

4.17第二次世界大战中德国、日本的核武器研究190

4.17.1德国核计划的流产190

4.17.2日本核武器研究计划的破灭191

4.18前苏联第一颗原子弹的研制192

4.19英国第一颗原子弹的研制195

4.20法国第一颗原子弹的研制197

4.21中国第一颗原子弹的研制198

4.22印度、巴基斯坦的核试验206

4.23反复无常的朝鲜核问题208

4.24暖昧的以色列核武器情况212

4.25目前世界上核国家的情况213

4.26核试验与核武库216

4.27国际核不扩散体制221

4.28核保障与核保安223

4.29核爆炸的和平利用225

第5章 核能的和平应用228

5.1核反应堆的用途228

5.2核反应堆的基本原理231

5.3核反应堆的类别233

5.4核反应堆的基本构成236

5.5研究性反应堆240

5.5.1重水型研究堆243

5.5.2游泳池式研究堆243

5.5.3高通量工程试验堆244

5.5.4铀-氢化锆脉冲堆245

5.5.5微型研究堆245

5.5.6中国先进研究堆246

5.6生产反应堆246

5.7动力反应堆249

5.8舰船用反应堆249

5.8.1舰船用反应堆简介249

5.8.2核潜艇251

5.8.3核动力水面军舰255

5.8.4民用核动力船257

5.9飞机与航天核动力装置259

5.10核电站262

5.10.1核电站概述262

5.10.2压水堆核电站277

5.10.3沸水堆核电站280

5.10.4重水堆核电站281

5.11核供热堆284

5.11.1核供热堆概述284

5.11.2池式供热堆287

5.11.3壳式供热堆289

5.12天然核反应堆294

5.13核能应用大事年表296

第6章 核应用技术298

6.1核应用技术的基础与手段298

6.2放射性同位素299

6.3放射性同位素的生产304

6.4电离辐射307

6.5加速器309

6.6辐射源315

6.6.1 α辐射源315

6.6.2 β辐射源316

6.6.3 y辐射源316

6.6.4中子源316

6.7核应用技术的基本功能及主要应用领域319

6.8辐射加工320

6.8.1辐射化工322

6.8.2离子束加工323

6.8.3医疗用品辐射消毒灭菌324

6.8.4食品辐射加工325

6.8.5“三废”辐射治理326

6.9辐射育种与辐射防治虫害327

6.9.1辐射育种327

6.9.2辐射防治虫害328

6.9.3辐射刺激生物生长329

6.10无损检测329

6.11中子活化分析和同位素示踪333

6.12核技术诊断与辐射治疗336

6.12.1核技术诊断337

6.12.2辐射治疗339

6.13放射性同位素电池343

6.14世界核应用技术发展概况345

6.15中国核应用技术发展简史347

6.16核应用技术发展展望350

6.17核应用技术大事年表354

第7章 辐射防护与核安全356

7.1辐射无处不在356

7.2辐射防护中的基本概念和使用的量357

7.3辐射危害358

7.4各种辐射源引起的剂量359

7.5辐射防护标准和原则362

7.6辐射的监测363

7.7辐射的防护364

7.8核安全365

7.9反应堆不是原子弹366

7.10核能是安全的能源367

7.11核事件和放射事件的分级368

7.12核能发生的事故很少372

7.13三哩岛核事故、切尔诺贝利核事故和福岛核事故384

7.13.1三哩岛核电站事故384

7.13.2切尔诺贝利核电站事故386

7.13.3福岛第一核电站事故391

7.14核事故促进先进反应堆的研发397

7.15核安全监督与审查398

7.16核安全研究的进展399

7.17核安全文化400

第8章 核能的未来发展402

8.1影响未来核能发展的三个关键问题402

8.2第4代核能系统概念的提出403

8.3压水堆的发展408

8.3.1AP-600408

8.3.2 AP-1000409

8.3.3改进型System 80+409

8.3.4欧洲压水堆410

8.3.5国际革新安全型反应堆410

8.4沸水堆的发展412

8.4.1改进型沸水堆413

8.4.2简化型先进沸水堆414

8.4.3改进型简化沸水堆415

8.5重水堆的发展416

8.6高温气冷堆的发展417

8.6.1高温气冷堆概述417

8.6.2模块式高温气冷堆422

8.6.3 PBMR高温气冷堆424

8.6.4汽轮机-模块化氦气反应堆427

8.6.5超高温反应堆427

8.7快中子反应堆的发展428

8.7.1快中子反应堆概述428

8.7.2气体冷却快堆434

8.7.3铅冷却快堆436

8.8小型反应堆的研发436

8.8.1小型轻水堆437

8.8.2小型高温气冷堆438

8.8.3小型液态金属冷却快堆438

8.8.4小型熔盐堆439

8.9高放废液最终处置的新概念——分离嬗变法439

8.10TRUEX流程441

8.11 DIAMEX流程442

8.12 DIDPA流程442

8.13TRPO流程443

8.14 Cyanex-301分离锕系镧系元素流程445

8.15先进核燃料循环研究447

8.16电增殖核燃料的概念449

8.17核能开始出现复苏450

8.18近十年的核电发展与福岛核事故的影响454

8.18.1世界核电近十年的发展454

8.18.2中国核电近十年的发展457

8.18.3福岛核事故的影响458

第9章 核聚变概述462

9.1核聚变与聚变能462

9.2核聚变的条件464

9.3核聚变的首选燃料465

9.4核聚变的应用466

9.5受控核聚变反应的等离子体条件467

9.5.1“得失相当”条件467

9.5.2点火温度468

9.5.3劳逊判据468

9.6等离子体的形成和加热469

9.7磁约束核聚变470

9.8惯性约束核聚变471

9.9常温核聚变473

9.10核聚变研究的进展474

9.11国际热核聚变实验堆476

9.12聚变-裂变混合堆478

9.13中国受控核聚变研究的发展479

结束语 迎接第二核纪元的到来482

参考文献484