趨利避害讓核能為人類造福

侯明東，中國科學院近代物理研究所研究員，博士生導師，政府特殊津貼享受者；一直從事中子物理及重離子物理的實驗領域研究，曾多次獲得省級、國家級科技進步獎項；現兼任《核技術》雜志編委。現代社會離不開電。你可以想象，如果沒有電會是什么樣子。電是什么？它從哪里來？電是能量的一種形式。根據能量守恒定律，能量不能產生也不能消滅，只能從一種形式轉化為另一種形式。所以電能可以從熱能、勢能、動能、生物能和核能等轉化而來。我們可以通過燃燒煤、天然氣和石油等有機燃料產生熱，借助發電動力裝置獲得電能，即火力發電。也可以通過風力和潮汐把動能轉變成電能。還可以利用河流水的落差，把勢能變成動能再變成電能。

今天有幸約請到侯老師給大家說說核能。核能是蘊藏在原子核內部的一種能量。它為人類提供了一種新的能量來源。人們怎樣才能利用蘊藏在原子核內部的能量呢？

質量較大的原子核發生分裂或者質量較小的原子核相互結合，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能。目前，獲取核能有兩種方式，重核裂變和輕核聚變。但實現聚變反應需要極高的溫度和極大的壓強，要求的條件十分苛刻，可控的聚變反應目前還有許多技術問題沒有解決，在短期內還不可能推廣應用。所以，現在發電所利用的核能都是來自原子核的裂變反應。

一、第一座核電站

1954年6月27日，蘇聯在奧布寧斯克建成世界上第一座試驗核電站。雖然功率只有5MW，但它的建造意義非凡，從此開辟了人類和平利用核能的新紀元。

核電站是利用原子核的鏈式裂變反應獲得的能量發電的。鈾原子核在中子轟擊下分裂成兩個大小不等的原子核，并釋放出巨大的能量。可貴的是。與此同時，裂變還會放出2-3個中子，這些中子會進一步引起其他鈾核的分裂……依次下去，不斷地產生中子，不斷地產生伴隨有大量能量釋放的核裂變，這稱之為鏈式裂變反應。在反應堆中利用控制棒使得平均只有一個中子會打擊某個鈾核，觸發一次新的裂變，只有持續的鏈式反應，而沒有倍增過程。核反應的速率是嚴格控制的，所以，能量以不變的速率釋放出來，將水加熱，產生蒸汽。蒸汽驅動汽輪機，汽輪機驅動發電機，產生電能的過程與火力發電廠是類似的。核電站大體上可分為兩部分：一部分是利用核能產生蒸汽的核島，包括核反應堆和一回路系統；另一部分是利用蒸汽發電的常規島，包括汽輪發電機系統。

核裂變放出的能量是巨大的，1g鈾完全裂變所釋放的能量約相當于燃燒3t煤放出的能顯，而且這么多能量是在短短不到1s的時間之內釋放的。

二、各種能源的優缺點比較

目前世界能源結構中仍是以石油、煤炭、天然氣等化石能源為主，核能僅占16%左右。

石油和煤炭直接燃燒排放出大量的酸性氣體。使酸雨量增加，燃燒排放出的二氧化碳，引起“溫室效應”。除氣體之外，火力發電還使附近環境遭受粉生煤灰污染。而核能發電不產生溫室氣體二氧化碳。也不排放巨量的污染物質到大氣中，不會造成空氣污染。在相同功率的情況下。核電站排放到環境中的有害物質比火電廠要少得多。另外，核電站對周圍居民的輻射影響。也遠遠低于燃煤電廠和天然輻射。

煤炭的開采過程中時有礦難發生，瓦斯爆炸、煤塵爆炸、透水事故、礦井失火、頂板塌方等都會造成極大的人員傷亡和財產損失。盡管這些悲劇一般規模較小，不像核泄漏事故那樣吸引全世界的關注，但世界上每年至少有幾千人死于礦難。在各種類型能源發電的比較中，核電發生的事故次數及短期致死人數是最低的。

核燃料能量密度比起化石燃料高幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便。一座106kW的核電站，每年只需要補充30t核燃料。6輛卡車就可以運到現場，而同樣規模的燒煤電廠每年要燒煤3×106t。

核能發電消耗的原料也是一種不可再生能源，但可供作核燃料的鈾礦資源相當豐富，儲量約為4x106t，足可以用到人類找到新的能源之后的很多年。

三、核電站的安全性

核電站的安全性是備受關注的問題。使用核能發電要冒核泄漏的危險，核電廠的反應堆中有大量的放射性物質。如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。反應堆中的鏈式裂變反應會產生放射性廢料，因具有放射性，故必須慎重處理。高放射性廢物的處理及處置是國際性難題。1986年蘇聯切爾諾貝利核電站的放射性泄漏事件，使人們對核能的利用既感到有希望，又帶著幾分恐懼。2011年日本發生8.9級大地震并引發海嘯，導致了日本福島核電站事故，這一核災難又一次使核能的安全性成為全世界關注的焦點。世界上有多個國家的民眾發出關閉核電站的呼聲。許多國家重新審視核能的發展計劃。人們把核事故比作核武器，70年前廣島、長崎兩顆原子彈的煙云至今依然籠罩在人們的心頭。讓人經久不忘放射性的驚人威力。下面我們來談談核電站的安全性。

核能是一把雙刃劍，它可以解決能源危機，也有能力給人類帶來危害。核電站安全不僅是自身運行的安全。還要有抵御外力破壞的能力，如地震、颶風、雷電，以及軍事襲擊，這兩者都依賴于技術上先進的設計。

核電站反府堆的設計始終要把安全放在第一位。經濟利益放在其次。可以說沒有安全性就沒有核能的利用。而這也應貫穿核電技術發展的始終。

另一方面。應大力培植和提高全社會的安全文化素養。媒體應該正確引導，客觀公正地評價核電的利與害。我們應促進核電更好地發展造福于民，不能因噎廢食。

第一。核電站事故是人員失誤和機械故障遇到一起的小概率事件。切爾諾貝利核電站那樣的核泄漏事故不會重演。由于當時技術水平的限制，切爾諾貝利核電站在設計上存在著固有的缺陷，它采用的是水冷石墨慢化反應堆。這種反應堆在低功率下呈不穩定狀態。用石墨作為慢化劑可以燃燒。而目前的壓水堆在任何功率下都保持穩定，用水作為慢化劑也不會燃燒。目前的壓水堆有燃料芯塊、燃料包殼、壓力容器和安全殼四道屏障防止放射性物質外泄。

第二，核電站不是原子彈，兩者之間有本質的區別。核電站中所用核燃料是低濃縮鈾，而原子彈中用的是高濃縮鈾。反應堆中裂變反應是可控模式，而原子彈中的裂變反應是不可控的。

第三，不要對輻射過度恐慌。實際上人類是一直生存在輻射的環境中，如我們使用的手機就能產生輻射。與生活中的輻射相比，核電站放出的輻射要低得多。在核電站的設計中不允許超過規定的標準。

四、核電是不可或缺的清潔能源

經濟要發展，沒能源不行，能源是國民經濟可持續發展的必要條件。人類的歷史就是一部不斷向自然索取更多能源的歷史。按現在的開采水平估計，世界上的煤、石油、天然氣資源將在不久的將來逐漸枯竭。尋求和開發新能源，已是人類迫在眉睫的事。

目前全世界運行的核電站有442座機組。提供的電能占全球發電總量的16%。立陶宛、法國、斯洛伐克、比利時等國都是核電占有相當高份額的國家。核電是人類和乎利用核能的成功范例，核能在緩解世界能源不足和保護環境方面給人類帶來的利益是毋庸置疑的。

一個技術的成熟不可能一步就達到完美的程度，完善和發展永遠沒有止境。需要一代又一代人不懈地努力。正是這種不屈不撓的探索精神。推動了科學的進步，創造了人類今天的文明。相信核電發展中的一點挫折，不會阻擋人類和平利用核能的步伐。蘊藏在原子核內的能量。終將為人類服務。