未來e能源
工科系王俊凱

世界上主要e能源是土炭/煤、石油、天然氣zit種化石燃料,化石燃料m是edang再生e能源,用掉一點就少一點仔。燃燒zia-e物件排放大量e「溫室氣體」二氧化碳(CO2)、造成酸雨e二氧化硫(SO2)gah氮e氧化物(NOX),連後排放大量e煙塵,zit款有害e物質對環境造成嚴重e破壞。
大家攏知影,自1970年代開始,世界diorh發生石油危機,所以一寡kah先進e國家diorh想veh找一le能源來當作石油,連後diorh發現氫能,因為氫(H) e來源(水)是按怎用diorh攏ve完,而且燃燒後e產物ma是水,非常清氣。
氫是上簡單e物質,veh得著若氫一般e方法是di高溫下ho水蒸氣通過有鎳基催化劑e含碳化合物,連後加壓吸附,diorh edang分離氫氣。電解水ma是一款kah簡易e方法,氫離子di陰極kei ho還原產生氫氣,氫氧離子di陽極氧化產生氧氣。Zit款方法是就簡單ma方便,mgorh diorh是耗電量上大。
氫e生產雖然是一個成熟e工業,mgorh veh達到氫能e經濟效益,也gorh有下列問題要解決:1. 價格上guan,使消費難有誘因;2. 需求量不足,這gah價數是雞生蛋、蛋生雞e問題;3. 產生大量e二氧化碳;4. 新e生產技術有需要進一步研發。研發中生產氫e方法,核能ia是太陽能熱裂解水、光電化學反應分解法、以及生質物e熱裂解法等,目標是降低成本gah對環境e衝擊。水是按怎用diorh攏用ve了,因此由水分解產氫應是合理e思考途徑。分解水e能源必須足俗,核能、太陽能也gorh有風力攏di考慮內底。
根據氫gah一寡常用碳氫化合物e反應熱gah燃燒熱e分析,氫確實比其他燃料e能量密度kah高,1 公斤氫ga 3.0 公斤e汽油仝款。Ia mgorh 這只是理論值,其他e周邊設施親像儲存箱ma無考慮在內。實際上氫不管是以壓縮e氣體ia是超冷e液體存放,容器e體積攏是非常龐大gah笨重。所以愛 ho 科學家一寡時間來研究,等gah以後,咱就有足俗e氫能edang使用。
除了氫能以外,核能ma是一款足重要e能源,1942年12月2日,有名科學家Enrico Fermi[恩里科•費米]領導幾十位科學家,di美國芝加哥大學成功啟動世界上第一座核反應堆,這表示人類從此進入核能時代。Di zia以前人類利用e能源,只牽扯到物理變化gah化學變化,di核能進入人類社會e生產gah生活連後,一款通過原子核變化連後產生e新能源從此出現。
19世紀尾,英國物理學家Thomson,Joseph John[約瑟夫•約翰•湯姆遜]發現電子。1895年,德國物理學家Wilhelm Conrad Röntgen[威廉•康拉德•倫琴]發現X射線。1896年,法國物理學家Antoine Henri Becquerel[安東尼•亨利•貝克勒爾]發現放射性。1898年,M. Maria Skłodowska-Curie[居里夫人]發現新e放射性元素釙(Po),1902年,經過4年e艱苦努力又發現放射性元素鐳(Ra)。1905年,Albert Einstein [愛因斯坦]提出質能轉換公式E=mC2(C是光速,E是能量,m是轉換成能量e質量)。1914年,英國物理學家Rutherford[拉塞福]通過實驗,確定氫原子核是一個正電荷單元,叫作質子。1932年,英國物理學家James Chadwick[詹姆斯•查德威克]發現中子。1938年,德國科學家Otto Hahn[奥托•哈恩] gah Strassmann[斯特拉斯曼]用中子撞擊鈾原子核,發現核裂變現象。
核能分為核裂變能gah核聚變能兩種。核裂變能是通過一寡重原子核發生「鏈式裂變反應」釋放出e能量,核聚變能是兩個輕原子核結作伙釋放出e能量。到今仔咱工業edang應用規模e核能只有核裂變能。核聚變又叫作「熱核反應」。氫e同位素氘(H,重氫)是主要e核聚變物件。氘是用重水e形式存在di海水之中。氘e含量佔氫e0.015%。1升海水中e氘通過核聚變釋放出e能量gah 300升汽油燃燒釋放出e能量仝款。全世界海水e氘通過核聚變釋放e聚變能,edang ho人類di足guane消費水平下使用50億冬。
有zit寡元素edang自發地放出射線,zit款元素叫作放射性元素。放射性元素edang放出三種看無形體e射線。一種是α射線,就是氦原子核。一種是β射線,就是速度快e電子。一種是γ射線,就是能量高e光線。
中子撞擊鈾原子核e時,一個鈾核吸收一個中子連後分裂兩個kah輕e原子核,同一個時間發生質能轉換,放出極大e能量,連後產生2個到3個中子,這就是大大有名e核裂變反應。
鏈式裂變反應釋放出巨大e核能,1千克e鈾-235裂變釋放出e能量,gah 2500噸標準煤燃燒產生e能量仝款。Ganna鈾-233、鈾-235 gah鈈-239這三種核素edang ho能量是0.025電子伏特e熱中子引起核裂變。這三種攏是核燃料,只有鈾-235是天然,mgorh鈾-233、鈈-239 edang用人工di反應堆中生產出來。鈾-235 di天然鈾中e含量僅為0.7%。
反應堆是通過受控制e鏈式裂變反應將核能慢慢釋放出來e裝置,是和平利用核能e上主要e設施。反應堆e種類真濟,一般是分做動力堆、生產堆gah研究堆。動力堆是利用核裂變釋放e能量來產生動力,進行發電、供熱、推動船艦等。生產堆是利用中子生產新e核燃料。研究堆是利用中子進行基礎科學gah應用科學e研究。
為了實現核能e進一步發展,世界足多濟國家e核科學家正deh研究gah發展先進e核反應堆,進一步提高反應堆e安全性gah經濟性。

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