书城科普读物青少年身边的环保丛书:人类的环保之路
47689800000035

第35章 对核能的研发和利用

核能俗称原子能,它是指原子核里的核子(中子或质子)重新分配和组合时释放出来的能量。

核能有巨大的威力,1千克铀原子核全部裂变释放出的能量,约等于2700吨标准煤燃烧时所放出的化学能。一座1核聚变会发出大量能量500万千瓦的核电站,每年只需25~30吨低浓度铀核燃料,而相同功率的煤电站,每年则需要有300多万吨原煤,这些核燃料只需10辆卡车就能运到现场,而运输300多万吨煤炭,则需要1000列火车。核聚变反应释放的能量更可贵。有人做过生动的比喻:1千克煤只能使一列火车开动8米,1千克铀可使一列火车开动4万千米,而1千克氚化锂和氘比锂的混合物,可使一列火车从地球开到月球,行程40万千米。地球上蕴藏着数量可观的铀、钍等核裂变资源,如果把它们的裂变能充分地利用起来,可满足人类上千年的能源需求。在汪洋大海里,蕴藏着20万亿吨氘,它们的聚变能可顶几万亿亿吨煤,可满足人类百亿年的能源需求。

核能是人类最终解决能源问题的希望。核能技术的开发,对现代社会会产生深远的影响。

核能的成就虽然首先被应用于军事目的,但其后就实现了核能的和平利用,其中最重要也是最主要的是通过核电站来发电。

瑞士的核电站核电站已跻身电力工业行列,是利用原子核裂变反应放出的核能来发电的装置,通过核反应堆实现核能与热能的转换。核反应堆的种类,按引起裂变的中子能量分为热中子反应堆和快中子反应堆。由于热中子更容易引起铀235的裂变,因此热中子反应堆比较容易控制,大量运行的就是这种热中子反应堆。这种反应堆需用慢化剂,通过它的原子核与快中子弹性碰撞,将快中子慢化成热中子。

核能是能源的重要发展方向,特别在世界能源结构从石油为主向非油能源过渡的时期,核能、煤炭和节能被认为是解决能源危机的主要希望。

核电站有许多优点:1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料,除了发电外,没有其他的用途。4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送。5.核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法为稳定。

然而核电站的安全性是被质疑的。因为核电厂的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害。但如果用较小的量,并谨慎地加以控制,射线也可以为人类做许多事,如利用γ射线可以对机械设备进行探伤;可以使种子变异,培育出新的优良品种;还可以治疗肿瘤等疾病。

核能是未来能源的希望。据国际原子能机构的统计,1999年,全世界正在运转的核反应堆电站为436座,总发电能力为3.517亿千瓦,发电量约占世界一次能源构成的8%左右。这些核电站主要分布在美、法、日、英、俄等31个国家和地区。近几年,由于核电站运行的安全性、核废料的处理和核不扩散等因素的影响,核能的发展在欧洲、北美洲和独联体国家出现了下降趋势,但核能的发展在亚洲仍拥有强劲的势头。

为了促进核能的发展,许多国家在研究新一代快中子反应堆的同时,又加强了受控核聚变的研究,目前受控核聚变已在实验室取得阶段性的成果。按照国际热核实验反应堆计划,参与各方应在2013年前共同建造一个热核反应堆,以证明和平利用热核能源的可能性。按计划,首个热核反应堆已于2006年开工,总造价40亿美元,这将是继国际空间站之后最大的国际科学合作项目。

核聚变的原料是氢、氘和氚,据估计,浩瀚的海水中大约含有23.4万亿吨氘,足够人类使用几十亿年。国际热核实验反应堆如能在未来50年内开发成功,将在很大程度上改变目前世界能源格局,使人类今后将拥有取之不尽、用之不竭的清洁能源。

裂变能

裂变能来自某些重核的裂变。但是如何使得重核发生分裂呢?自然界中某些质量数很大的原子核,如铀-238,无需外界作用,就有自发分裂的趋势,这种现象叫做自发裂变。重核自发裂变的概率是很小的,一千克铀-238大约有2.5×1025个原子核,这么多原子核中,每秒大概只有7个原子核自发裂变;除了自发裂变,更多的是重核在中子轰击下发生的裂变,称为诱发裂变。