物質、能量和信息。
因此，能源發展史直接影響著人類發展史。
我們人類生存和發展最具決定性的因素有三個:物質、能量和信息。
我們的世界是由物質組成的；人類的生存活動依賴於對信息的認知和反應；而維持生命和從事發展的活動，必須通過消耗能量來進行。
壹切能量都來源於能源，人類離不開能源。能源是人類生存、生活和發展的主要基礎。能源科技和能源利用的發展對人類社會的進步壹直起著重要的作用。
能源發展的裏程碑可以說，能源利用的每壹次裏程碑式的發展，都伴隨著人類生存和社會進步的巨大飛躍。千百年來，在人類能源利用史上，大致經歷了四個裏程碑式的發展階段:原始社會用火，祖先在火的照射下迎來了文明社會的曙光；18世紀蒸汽機的發明和利用極大地提高了生產力，導致了歐洲的工業革命。19世紀電能的使用極大地促進了社會經濟的發展，改變了人類生活的面貌。20世紀，以核能為代表的新能源的利用，使人類進入原子的微觀世界，開始利用原子內部的能量。
未來能源需求
有足夠的儲量滿足人類生存和發展的需要，不會造成影響人類生存的環境汙染問題。
未來人類社會對能源的需求，仍將取決於能源及其可持續發展。因此，我們必須清楚地了解現在地球上的能源結構和儲量，開發必須開發的能源利用技術，使人類的生存得以永久維持。
而我們賴以生存的能源是取之不盡的嗎？答案是:不，是。事實上，進入21世紀後，技術可以開發的能源資源將面臨嚴重短缺危機。如今，煤炭、石油、天然氣等礦物燃料資源日益枯竭，甚至無法維持幾十年。因此，我們必須找到可持續的替代能源。半個世紀以來核能的和平利用，使核能成為迄今為止新能源家族中唯壹現實的可以替代有限礦物燃料的大規模能源。而且，如果未來能充分利用核能，人類的能量將是無限的。
除了物質、能量和信息，人類對安全的要求也越來越重要。安全包括社會安全、健康安全和環境安全。它們與能源的關系也非常密切。現在使用的能源造成了很多環境汙染問題，嚴重影響了人類的生存。因此，未來對能源的需求不僅是儲量充足，而且是清潔能源。與其他化石能源相比，核能的和平利用充分證明了核能是清潔能源之壹。
能量的定義和來源
什麽是“能量”？《科技百科全書》說:“能量是壹種資源，從中可以獲得熱、光、動力等能量”；《大英百科全書》中說:“能源是壹個術語，它包括所有的燃料、流水、陽光和風，人類可以利用它通過適當的轉化手段提供所需的能量。”可以看出，能量是壹種可以以各種形式轉化的能量來源。簡而言之，能源是自然界中能夠為人類提供能量的物質資源。
能源
來自地球以外天體的能量(如太陽能)、地球本身所蘊含的能量(如地熱能、核能)、地球與其他天體相互作用產生的能量(如潮汐)。
而能量是能量產生的源泉。
人們通常根據能源的形式和應用方法對能源進行分類。壹般分為:固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物質能、風能、核能、海洋能和地熱能。其中，前三類統稱為化石燃料或化石能源。這些已經被人類認識的能源，在壹定條件下可以轉化為人們需要的各種形式的能量。比如木柴和煤，加熱到壹定溫度，可以和氧氣結合，釋放出大量的熱能，可以直接用來取暖，也可以用來產生蒸汽驅動汽輪機，再驅動發電機，這樣熱能就變成機械能，再變成電能。給工廠、機構和家庭送電可以轉換成機械能、光能或熱能。
在我們生活的地球上，有各種各樣的能源。壹般來說，有三個初始來源。
太陽能/太陽能
地球
來自地球以外天體的能量(主要是太陽能)人類所需的大部分能量都直接或間接來自太陽。是各種植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能並儲存在植物體內。煤、石油和天然氣等化石燃料也是由埋藏在地下的古老植物和動物經過漫長的地質年代形成的。它們本質上是遠古生物固定的太陽能。此外，水能、風能、波浪能、洋流能也是由太陽能轉化而來。
地球本身所包含的能量通常是指與地球內部熱能有關的能量和與核反應有關的能量。
地球內部與熱能有關的能量稱為地熱能。溫泉和火山噴發噴出的巖漿就是地熱能的表現。地球可分為三層:地殼、地幔和地核。這是壹個大型熱儲庫。地殼是地球表面的壹層，壹般厚度從幾公裏到70公裏不等。地殼下面是地幔，大部分是熔融的巖漿，厚度達2900公裏。火山爆發通常是由這部分巖漿引起的。地球內部是地核，地核中心溫度2000度。可見地球上的地熱資源也是很大的。
與核反應有關的能量，正是本書要介紹的核能。當原子核的結構發生變化時，可以釋放出大量的能量，這種能量稱為核能，簡稱核能，俗稱原子能。它來源於裂變發生時儲存在地殼中的鈾、鈈等核裂變能源，以及聚變發生時儲存在海洋中的氘、氚、鋰等核聚變能源。當核反應發生時，這些物質會釋放能量。目前核能最大的用途是發電。此外，它還可以作為其他類型的電源和熱源。
來自恒星引力的能量是指地球與月球、太陽等天體相互作用形成的能量。地球、月球和太陽之間有規律的運動，造成它們相對位置的周期性變化，它們之間的引力也隨之變化，使海水產生波動，形成潮汐能。與上述兩種能量相比，潮汐能的量非常小。世界上的潮汐能每年可以轉化為30億噸左右的煤炭，但實際上可以利用的只有淺海區，每年可以轉化為6000萬噸左右的煤炭。
u能源結構和儲量
地球上有哪些可供我們利用的能源？他們能堅持多久？我們做什麽呢
能源的類型
壹次能源:煤、石油、核能和其他自然能源；
二次能源:人工制造的能源，如汽油、電力和蒸汽，
壹次能源和二次能源按產生方式分為天然氣能源(壹次能源)和人工能源(二次能源)。天然氣能源是指以自然形式存在且未經加工轉化的能源資源，如煤炭、石油、天然氣、核燃料、風能、水能、太陽能、地熱能、海洋能、潮汐能等。人工能源是指將壹次能源直接或間接轉化為其他種類和形式的能源，如天然氣、汽油、煤油、柴油、電力、蒸汽、熱水、氫氣和激光。
常規能源和新能源，已經被人類廣泛使用，並在人類生活和生產中發揮了重要作用的能源，稱為常規能源，通常指煤炭、石油、天然氣和水電。而剛剛被人類開發利用，還需要進壹步研究開發的能源資源，稱為新能源。與常規能源相比，新能源在不同的歷史時期和科技水平上有不同的內容。當今社會，新能源通常指核能、太陽能、風能、地熱能、氫能等。
煤的時代
能源結構的變化在歷史上，隨著新化石資源的發現和大規模開采與應用，世界能源消費結構發生了幾次變化。18世紀，煤取代了柴火，到19世紀中期，煤逐漸占了主導地位。20世紀20年代，隨著石油資源的發現和石油工業的發展，世界能源結構發生了第二次變化，即從煤炭到石油和天然氣。到了20世紀60年代，石油和天然氣逐漸成為主導能源，動搖了煤炭的主導地位。然而，20世紀70年代以來的兩次石油危機已經開始動搖石油在能源中的主導地位。與此同時，大多數化學能源的儲量日益減少，隨之而來的是許多環境汙染問題。
然而，人類對能源的需求與日俱增。比如主要能源形式地球能源的儲量估算。
煤:大約200年
石油和天然氣:約50年
核能:無限。
其中之壹就是耗電量逐年增加。據統計，如果人口每30年翻壹番，電力需求每8年翻壹番。
於是，在20世紀末，能源結構開始發生第三次轉變，即從以石油為中心的能源體系向煤炭、核能等可再生能源的多元化能源結構轉變。特別是隨著時間的推移，核能的比重將不斷增加，並將逐步取代石油和天然氣，成為主要的大型能源之壹。
化學能煤、石油、天然氣的儲量可供人類開采利用多少年？據世界能源大會統計，世界已探明可采煤炭儲量為1.598億噸，估計還能開采200年。探明石油可采儲量* * *為121100萬噸，預計可開采30至40年。已探明天然氣可采儲量119萬億立方米，估計還能開采60年。必須指出，遺憾的是煤、石油等。直接燃燒產生電能和熱能。且不說可能的環境汙染，它們還是很好的化工原料！
水能和新能源的潛力。水能呢？我們知道水能是可以長期開發利用的。但是，對於那些大面積缺水、缺水的國家和地區，我們該怎麽辦呢？此外，水力發電還有壹個季節性問題。這些都使得水電不可能成為世界能源結構中的唯壹主力。在新能源中，太陽能取之不盡，用之不竭，但成本太高，而且就目前的技術發展來看，不可能在壹代人的時間內迅速發展並得到廣泛應用。其他新能源也是如此。其他能源類似於水電，規模受環境、季節、地理位置等條件限制，如風能、潮汐能、地熱能等。
可裂變核素
只有三種原子容易裂變:鈾-235(U235)、鈈-239(Pu239)和鈾-233(U233)。但天然存在的裂變元素只有鈾-235，鈾-238可以生成鈈-239，釷-232可以生成鈾-233。
易熔核反應
氘(D2)-氚(D3)反應。氘和氚是氫原子的同位素。氘是天然存在的，而氚極其稀少，所以必須人工制造(比如用鋰制造)。
核能——無限能核能可分為裂變能和聚變能。目前，只有裂變能被用於和平目的。受控聚變能利用技術正在被攻克。
天然鈾的成分
在天然鈾中，99.3%是難熔鈾-238，只有0.714%是易裂變鈾-235。鈾-238可以通過吸收壹個中子變成可裂變的鈈-239。
作為開發核裂變能源的主要原料之壹，世界上已探明的鈾儲量約為490萬噸，釷儲量約為275萬噸。如果用得好，可以用2400 ~ 2800年。
聚變反應主要來自氘和氚的核反應。氘可以大量來自海水，氚可以來自鋰。所以聚變燃料主要是氘和鋰，海水中的氘含量為0.03g/L，估計地球上的海水量約為654.38+038億m3，因此全世界的氘儲量約為40億噸。地球上的鋰儲量雖然比氘少很多，但是有2000多億噸。用它來制造氚，足以滿足人類對聚變能源的需求。這些聚變燃料釋放的能量比全世界釋放的總能量大壹千萬倍。按照目前世界能源消耗水平，地球上可供原子核聚變使用的氘和氚，可供人類使用數千億年。如果人類實現了氘氚的可控核聚變，核燃料可謂“取之不盡，用之不竭”，人類將從根本上解決能源問題，這也正是目前核科學家努力的方向。聚變能源不僅豐富，而且安全清潔。聚變產生的放射性比裂變少得多。
專家預測，核能將成為未來人類取之不盡、用之不竭的能源。
1.2臟地球和清潔核電
本節要點:回答了以下問題:現有的能源資源能維持多久？能源利用能不汙染環境嗎？核能真的可持續嗎？
u .能源的可持續發展
需要找到壹些既能保證長期充足供應又不會造成環境汙染的能源。
目前人類面臨的問題恰恰是:能源資源的枯竭；環境汙染嚴重。
能源利用與環境的可持續發展
能源危機
目前世界上常規能源的儲量只能維持半個世紀(如石油)，最多也能滿足人類生存壹兩百年的需求(如煤炭)。
今天，幾乎所有工業化國家都面臨著兩個與可持續發展密切相關的挑戰:確保令人滿意的長期能源供應和減少人類活動對環境的影響。能源利用和環境的可持續發展已經成為關系到人類未來生存和文明延續的重要問題。
能源供應危機當今世界人口已超過60億，是上世紀末的兩倍多，而能源消耗據統計增長了16倍以上。無論多少人談論“節約”和“利用太陽能”或“鉆更多的油井或氣井”或“發現更多更大的煤田”，能源的供應都趕不上人類對能源的需求。目前世界能源消費以化石資源為主，其中中國等少數國家以煤炭為主，其他大多數國家以石油和天然氣為主。按照現在的消耗量，專家預測石油和天然氣最多只能用不到半個世紀，煤炭只能用壹兩百年。因此，無論何種常規能源結構，人類面臨的能源危機都越來越嚴重。
冒煙的燃煤發電廠
另壹方面，化石能源的使用過程直接影響地球環境，對大氣和水資源造成嚴重汙染。大氣中的五種主要汙染物是氮氧化物(如NO和NO2)、二氧化硫(SO2)、各種懸浮顆粒物和壹氧化碳(CO)，它們是空氣汙染的主要來源。
目前，世界上最嚴重的空氣汙染來自化石能源燃燒導致的大氣中二氧化碳的增加。主要後果是:酸雨、溫室效應、臭氧層破壞。
以及碳氫化合物(如CH4、C2H6、C2H4等。).主要有三個來源:①煤、石油等化石燃料的燃燒；②汽車排放的廢氣；(3)工業生產產生的廢氣(如各種化工廠、焦化廠)。其中，化石燃料電廠是最大的固定汙染源。
表1-1世界二氧化碳排放統計(1995)
國家名稱
排放量(百萬噸)
人均(噸/人)
百分率
美利堅合眾國
5228.52
19.88
23.7
中國
3006.77
2.51
13.6
俄羅斯
1547.89
10.44
7.0
日本
1150.94
9.17
5.2
德國
884.41
10.83
4.0
印度
803.00
0.86
3.6
不列顛，英國
564.84
9.64
2.6
核能是壹種可持續的能源。