趋利避害让核能为人类造福

侯明东，中国科学院近代物理研究所研究员，博士生导师，政府特殊津贴享受者；一直从事中子物理及重离子物理的实验领域研究，曾多次获得省级、国家级科技进步奖项；现兼任《核技术》杂志编委。现代社会离不开电。你可以想象，如果没有电会是什么样子。电是什么？它从哪里来？电是能量的一种形式。根据能量守恒定律，能量不能产生也不能消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。所以电能可以从热能、势能、动能、生物能和核能等转化而来。我们可以通过燃烧煤、天然气和石油等有机燃料产生热，借助发电动力装置获得电能，即火力发电。也可以通过风力和潮汐把动能转变成电能。还可以利用河流水的落差，把势能变成动能再变成电能。

今天有幸约请到侯老师给大家说说核能。核能是蕴藏在原子核內部的一种能量。它为人类提供了一种新的能量来源。人们怎样才能利用蕴藏在原子核內部的能量呢？

质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。目前，获取核能有两种方式，重核裂变和轻核聚变。但实现聚变反应需要极高的温度和极大的压强，要求的条件十分苛刻，可控的聚变反应目前还有许多技术问题没有解决，在短期内还不可能推广应用。所以，现在发电所利用的核能都是来自原子核的裂变反应。

一、第一座核电站

1954年6月27日，苏联在奥布宁斯克建成世界上第一座试验核电站。虽然功率只有5MW，但它的建造意义非凡，从此开辟了人类和平利用核能的新纪元。

核电站是利用原子核的链式裂变反应获得的能量发电的。铀原子核在中子轰击下分裂成两个大小不等的原子核，并释放出巨大的能量。可贵的是。与此同时，裂变还会放出2-3个中子，这些中子会进一步引起其他铀核的分裂……依次下去，不断地产生中子，不断地产生伴随有大量能量释放的核裂变，这称之为链式裂变反应。在反应堆中利用控制棒使得平均只有一个中子会打击某个铀核，触发一次新的裂变，只有持续的链式反应，而没有倍增过程。核反应的速率是严格控制的，所以，能量以不变的速率释放出来，将水加热，产生蒸汽。蒸汽驱动汽轮机，汽轮机驱动发电机，产生电能的过程与火力发电厂是类似的。核电站大体上可分为两部分：一部分是利用核能产生蒸汽的核岛，包括核反应堆和一回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。

核裂变放出的能量是巨大的，1g铀完全裂变所释放的能量约相当于燃烧3t煤放出的能显，而且这么多能量是在短短不到1s的时间之内释放的。

二、各种能源的优缺点比较

目前世界能源结构中仍是以石油、煤炭、天然气等化石能源为主，核能仅占16%左右。

石油和煤炭直接燃烧排放出大量的酸性气体。使酸雨量增加，燃烧排放出的二氧化碳，引起“温室效应”。除气体之外，火力发电还使附近环境遭受粉生煤灰污染。而核能发电不产生温室气体二氧化碳。也不排放巨量的污染物质到大气中，不会造成空气污染。在相同功率的情况下。核电站排放到环境中的有害物质比火电厂要少得多。另外，核电站对周围居民的辐射影响。也远远低于燃煤电厂和天然辐射。

煤炭的开采过程中时有矿难发生，瓦斯爆炸、煤尘爆炸、透水事故、矿井失火、顶板塌方等都会造成极大的人员伤亡和财产损失。尽管这些悲剧一般规模较小，不像核泄漏事故那样吸引全世界的关注，但世界上每年至少有几千人死于矿难。在各种类型能源发电的比较中，核电发生的事故次数及短期致死人数是最低的。

核燃料能量密度比起化石燃料高几百万倍，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106kW的核电站，每年只需要补充30t核燃料。6辆卡车就可以运到现场，而同样规模的烧煤电厂每年要烧煤3×106t。

核能发电消耗的原料也是一种不可再生能源，但可供作核燃料的铀矿资源相当丰富，储量约为4x106t，足可以用到人类找到新的能源之后的很多年。

三、核电站的安全性

核电站的安全性是备受关注的问题。使用核能发电要冒核泄漏的危险，核电厂的反应堆中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。反应堆中的链式裂变反应会产生放射性废料，因具有放射性，故必须慎重处理。高放射性废物的处理及处置是国际性难题。1986年苏联切尔诺贝利核电站的放射性泄漏事件，使人们对核能的利用既感到有希望，又带着几分恐惧。2011年日本发生8.9级大地震并引发海啸，导致了日本福岛核电站事故，这一核灾难又一次使核能的安全性成为全世界关注的焦点。世界上有多个国家的民众发出关闭核电站的呼声。许多国家重新审视核能的发展计划。人们把核事故比作核武器，70年前广岛、长崎两颗原子弹的烟云至今依然笼罩在人们的心头。让人经久不忘放射性的惊人威力。下面我们来谈谈核电站的安全性。

核能是一把双刃剑，它可以解决能源危机，也有能力给人类带来危害。核电站安全不仅是自身运行的安全。还要有抵御外力破坏的能力，如地震、飓风、雷电，以及军事袭击，这两者都依赖于技术上先进的设计。

核电站反府堆的设计始终要把安全放在第一位。经济利益放在其次。可以说没有安全性就没有核能的利用。而这也应贯穿核电技术发展的始终。

另一方面。应大力培植和提高全社会的安全文化素养。媒体应该正确引导，客观公正地评价核电的利与害。我们应促进核电更好地发展造福于民，不能因噎废食。

第一。核电站事故是人员失误和机械故障遇到一起的小概率事件。切尔诺贝利核电站那样的核泄漏事故不会重演。由于当时技术水平的限制，切尔诺贝利核电站在设计上存在着固有的缺陷，它采用的是水冷石墨慢化反应堆。这种反应堆在低功率下呈不稳定状态。用石墨作为慢化剂可以燃烧。而目前的压水堆在任何功率下都保持稳定，用水作为慢化剂也不会燃烧。目前的压水堆有燃料芯块、燃料包壳、压力容器和安全壳四道屏障防止放射性物质外泄。

第二，核电站不是原子弹，两者之间有本质的区别。核电站中所用核燃料是低浓缩铀，而原子弹中用的是高浓缩铀。反应堆中裂变反应是可控模式，而原子弹中的裂变反应是不可控的。

第三，不要对辐射过度恐慌。实际上人类是一直生存在辐射的环境中，如我们使用的手机就能产生辐射。与生活中的辐射相比，核电站放出的辐射要低得多。在核电站的设计中不允许超过规定的标准。

四、核电是不可或缺的清洁能源

经济要发展，没能源不行，能源是国民经济可持续发展的必要条件。人类的历史就是一部不断向自然索取更多能源的历史。按现在的开采水平估计，世界上的煤、石油、天然气资源将在不久的将来逐渐枯竭。寻求和开发新能源，已是人类迫在眉睫的事。

目前全世界运行的核电站有442座机组。提供的电能占全球发电总量的16%。立陶宛、法国、斯洛伐克、比利时等国都是核电占有相当高份额的国家。核电是人类和乎利用核能的成功范例，核能在缓解世界能源不足和保护环境方面给人类带来的利益是毋庸置疑的。

一个技术的成熟不可能一步就达到完美的程度，完善和发展永远没有止境。需要一代又一代人不懈地努力。正是这种不屈不挠的探索精神。推动了科学的进步，创造了人类今天的文明。相信核电发展中的一点挫折，不会阻挡人类和平利用核能的步伐。蕴藏在原子核内的能量。终将为人类服务。