关于核能的辨析

三、关于核能的辨析

背　景

没有核袭击的核环境

现代已在相当多的领域里展开核能的利用，如农业、工业、医学等。军事上则早在第二次世界大战中已有了原子弹，战后又发展了当量更大的原子弹、氢弹和核弹的小型化品种，形成了整套的核武器家族。与此同时，发展子舰船的核动力装置，这些方面，在前面的章节中有所介绍。除此以外，在能源匮乏的当今世界，核能发电已被许多国家采用，在发展国民经济上起着举足轻重的作用。截至1990年12月30日，关于原子能发电，全世界就有423套发电机组采用核反应为动力，它们的发电量已达到325 873兆瓦。有25个国家和地区利用核能发电的量已占这些国家和地区发电总量的17%；有12个国家和地区核能发电的量已超过它们的总发电量的1/4，如法国、比利时、匈牙利、瑞典、瑞士等，其中法国利用核能发电的发电量已达到总发电量的74.5%；我国宝岛台湾有发电机组6座，核能发电量占总发电量的35.2%。在同一时期，全世界还有83座核电反应堆正在建造，到2000年，全世界利用核能的发电量可达到43万兆瓦，这个数值达到全世界发电总量的30%以上。核能如此广泛和大规模的利用，形成了从采矿、炼矿、核原料生产、核能利用和研究、核能利用设施的建立和应用、仓库、核废料处理等一整套核工业体系，核武器拥有国还有相应的核武器生产、试验、贮存等设施。

对于核能在军事上和经济上的重要作用及其广阔的前景，一些军事家不得不刮目相看，把摧毁对方核设施列入了他们军事活动的账单。早在1981年6月，以色列已把伊拉克核反应堆作为攻击目标。在海湾战争中，美军“沙漠风暴”行动空中作战计划，把轰击伊拉克核设施列在攻击的12个目标群之中，其中发电设施列在第二位，在美国国防部致国会的最后报告中，对发电设施的轰击是这样说明的:“电力对于像伊拉克这样一个现代军事和工业国家的运转极为重要，破坏电力供应往往可以不必再摧毁某些其他设施。破坏伊拉克关键设施的电力供应，可造成其他多种重要设施的能力下降，这些设施包括监视联军空袭的预警雷达站、用于保存生物武器的制冷设备和核武器生产设施。”他们还写道:“在从主电源改用备用发电机时，计算机停机，造成以后的混乱，还可以产生其他遗留问题。鉴于现代大规模空袭的快节奏，即使敌人的电力只中断数毫秒，对飞行员来说都可能生死攸关。”基于这种认识，多国部队空袭计划拟制人员不仅查阅了当前的有关情报资料，而且利用了各种情报手段，其中包括卫星侦察和通信截听手段，直接访问近年来去过伊拉克的专家、学者，特别是向了解伊拉克通信设施、军工生产设施、核设施和军事掩体情况的人收集情报。空袭目标确定之后，武器专家们随之确定使用什么样的空袭武器和空袭方式。多国部队的中央总指挥部门有约70人来负责组织实施每天的空袭。

海湾战争于1991年1月16日凌晨开始沙漠风暴行动，在1月18日，空军中将查尔斯·霍纳发表的首次空袭结果中，就提到了所有核生化武器设施均被摧毁。1月30日夜里，施瓦茨科普夫司令在接见记者时也提到了对伊拉克核生化武器设施实施了攻击，全部核生化武器制造设施被摧毁。从海湾战争的结果看，多国部队夸大了对核设施摧毁的战果，有消息报导，多国部队未击中目标，打偏了。但是，不管多国部队是否击中目标，在战争中袭击核设施，削弱以至摧毁对方赖以支援战争的能源，以及削弱以至摧毁对方使用核武器的能力，作为参占一方，一般情况下都会这样做。

一旦核设施遭袭击，反应堆遭严重破坏，便要造成放射性污染的灾难，放射性物质首先污染遭袭区的大气环境，随空气流动而传播、蔓延，与此同时，人员将受到放射性辐射的照射，达到一定程度时，引起放射病。人们的物资财产，国家的生产建设，农牧业生产，以至社会治安都受到影响。一般条件下，它比化学次生灾害引起的损失要大，影响时间也长。

我们借助前苏联的切尔诺贝利核电站事故造成的环境危害以及引起的一系列后果来说明问题。虽然切尔诺贝利核电站事故发生在和平时期，引起事故的原因是由于工作人员违反操作规程，但是就放射性物质泄漏引起大气环境严重污染而言，应该说是相似的。也就是说，如果核电站因在战争中遭受袭击而引起严重的放射性物质泄漏，同样可引起大气污染。切尔诺贝利核电站事故引起的环境危害以及导致的一系列后果，便于同学们联想，战争中一旦发生核次生灾害将可能引起怎样的环境后果。

切尔诺贝利核电站位于乌克兰西部边境，距切尔诺贝利市18千米，是一个沼泽平原，在离电站30千米范围内，有10万人居住或工作，这个电站有4个反应堆已建成，发生事故的是其中一个堆——4号堆。

1986年4月26日1时23分左右，事故爆发了。反应堆外构筑的抗压强度极大的安全壳和其他设施再也抗不住高压蒸汽的压力，在2～3秒之内，连续发生了两次爆炸，浓烟、烈火像一头长期被关禁的猛兽，猛然冲出牢笼，比任何时候都疯狂。反应堆内爆发出的极强的冲击力居然炸飞了反应堆顶部和重约1000吨的反应堆楼的顶盖；喷出的火焰使厂房30多处起火，大量的放射性物质在高温高压的作用下，被冲上了1200米空中，一股股黑色的云雾笼罩了出事地点的上空。前苏联政府组织力量对出事地点投放了硼、砂、粘土和铅，他们的意图是把反应堆覆盖住，阻止它向大气中释放放射性物质，在4月27日到5月10日之间共投放了上述物质达5000吨之多，但放射性释放仍像脱缰的烈马控制不住。反应堆内核反应一直在继续着，放射性物质释放持续达10天之久，而且除了4月26日以外，在5月4日至5日之间，又出现了一个放射性释放的高峰。在事故期间，4月26日至27日，在核电站东南方向130千米的基辅上空吹的是东南风，4月28日，基辅上空吹的是东风，直到5月初，转为西北风。放射性物质便随风传播，污染下风方向的空气和国土。首当其冲的是瑞典，4月28日，这个国家的东南沿海地区测到了比这个地区原有放射性强度高10倍的放射性辐射，4月29日，猛增到100倍；就在同一日，放射性物质也光临了芬兰、丹麦和挪威，4月29日芬兰南部的放射性强度为原有放射性强度的10倍，丹麦为4倍，挪威的首都奥斯陆为2倍；波兰、罗马尼亚、原南斯拉夫、原西德、原捷克、奥地利、意大利和比利时都测到了来自切尔诺贝利的不速之客；日本用飞机对大气进行监测也发现了它们的踪迹，甚至美国也监测到了来自切尔诺贝利的放射性污染。我国广大环境监测工作者，不辞辛苦。收集空气、水、雨水、蔬菜、牛奶等进行测定，甚至对动物进行解剖，发现绝大部分地区也受到切尔诺贝利泄出的放射性物质的污染。所幸的是基辅上空的东风首先把放射性物质吹到欧洲，几天后再吹来我国，到达我国的放射性物质已经不多了。所以，在我国绝大部分地区的放射性强度都在安全标准以下，对环境基本上未产生影响，放射性强度增高的持续时间不算长，大概为20天至一个月，最多不过40～60天就恢复了平时的状况。环境监测人员还对我国国际国内航班飞机上的灰尘进行了分析，在飞机的表面都发现了有不同程度的污染，特别是飞行于北京——伦敦国际航线上的飞机，表面的污染程度比国内航线上的飞机高出100～400倍。据有的材料表明，到1989年12月为止，核电站释放出的一种叫铯－137（¹³⁷Cs）的放射性物质，在前苏联境内污染程度达到5居里/平方千米以上的，俄罗斯达725 000公顷，乌克兰达377 500公顷，白俄罗斯达到1 347 200公顷。十分明显，核事故引起的环境污染十分严重，战争中一旦发生相同等级的核次生灾害，引起的环境污染，至少是一致的。

为了事故的应急救援，前苏联政府投入了相当大的人力，单是军队，出动人数达1万人以上，包括化学兵、空军、工兵、通讯兵、运输兵、卫生兵等，负责放射性监测、污染洗消、消除、灭火、侦察、取样、运输、疏散、抢救人员、保障指挥、设置临时通路等等一系列工作，工作量是十分巨大的。

核事故引起环境污染的后果还反映在人们的心理上和造成很大的社会影响方面，这里就不一一列举了。

切尔诺贝利核事故仅仅是发生在和平时期，不管怎样，在这段时间，各级政府有条件以极大的精力和物资条件来处置发生的各种情况，并有大量的军队投入救援，可以比较快地控制污染环境以及控制由此而引起的其他后果发展，从而转入正常的社会秩序。如果战争中发生核次生灾害，即使是同等的事故等级，即使一切物资、设备、人员由参加战争的各种工作转到救援核次生灾害方面来，在转变时间、组织准备、经济、设备（救护、医疗、运输、侦察……）方面必然存在许多问题，更不可能有那么多军队投入救援。可以想象，其对环境污染、群众健康、社会秩序乃至工农业生产的恢复等等许多方面将会有更严重的影响。

你知道吗？

“九五”期间，核技术主要在200兆瓦核供热堆工程关键验证试验研究、核电仿真技术和同位素与辐射技术的研究方面进行了攻关，取得了很大的进展。

200兆瓦核供热堆工程关键验证试验研究，解决了一系列与核安全相关的关键技术设备，证明了200兆瓦核供热堆设计的合理性和安全可靠性，从而为第一座商用示范堆的建设和安全可靠运行打下了坚实的基础。核电仿真技术是核电技术的重要组成部分，模拟机是核电厂培训和考核操作人员的主要工具，也是运行分析与研究、操作规程制定与验证的基本手段。以设计、建造中的我国秦山第二核电厂600兆瓦核电机组为参考电站，首次开发成功600兆瓦核电机组全范围模拟机，技术性能指标和质量均达到同类进口产品的水平，为国家节省外汇1000多万美元以上。我国同位素与辐射技术经过二十年的科技攻关已初步形成较为完整的体系，其产业规模达到年产值超过200亿元，总体已接近当今国际水平，某些技术已达到国际先进水平。

“九五”攻关中共取得32项科技成果，申请专利22项，批准8项（其中有一项母专利），开发新产品69个，获得新工艺67项，取得新材料21种，推广成果13个，建立了5条生产线、3个中试基地和2个生产基地，产生直接经济效益3.5亿元/年，间接经济效益将达到80亿元/年。在核无损检测技术与装备方面，由国家重点支持的“钴－60大型集装箱检测技术及产业化研究”专题坚持走“产、学、研”相结合的路子，在四年的时间里，建成了具备年产10套检测装备能力的探测器车间和总装调试基地，并通过ISO9001的认证，已完全具备了批量生产或出口钴－60集装箱检测系统的能力。到目前为止，海关已订货48套，累计创产值4亿元。仅在福建马尾海关运行的一年时间里便查出23起走私大案，总案值超过千万元。该成果获国家技术发明二等奖。在辐射高分子材料研究方面，“九五”期间建立了年产1000吨的母料生产基地，采用十几种新工艺，开发出30多种新型高分子材料和新产品。尤其在开发辐射交联法制备超细全硫化粉末橡胶方面取得重大突破，已申请了制备技术的“母专利”。由母专利派生的子专利多达30余项。现已申请中国专利9项，美国专利1项，国际PCT专利1项，制备了一吨粉末橡胶，并生产出20余吨粉末橡胶增韧尼龙（用于一次性电表箱的制造）。同位素辐射诱变技术在我国一直处于国际领先水平，利用该技术选育的品种由于具有高产、稳产、抗病、优质等突出特点，其中通过审定的21个突变品种（组合），已新增粮食54.5亿公斤，综合经济效益达68.2亿元。另外，育成品种的科研单位为繁种基地提供了原原种或原种，创直接经济效益460万元。目前，通过“九五”攻关，我国同位素与辐射技术已经渗透到各行各业，这项高新技术已开始造福于人类。能源是一个国家国民经济的重要基础之一。核能作为一种渐趋成熟的能源形式，具有得天独厚的优越性，它利用地下蕴藏丰富的放射性铀同位素的裂变反应所产生的巨大能量来发电，具有能量密度大，且对环境破坏小的优点。理论上说，1公斤的铀完全裂变所释放出的裂变能，大约相当于2500吨煤或2000吨的石油燃烧时所释放出的能量。随着世界各国环境意识的加强，核能在减少温室气体的排放上的重要作用正在逐步被认识到。相信在21世纪，核能作为一种必不可少的能源形式必将得到更广泛的应用，从而更好地造福于人类。

专题研讨

让海水献出核燃料——氘、氚、铀资源

核能的利用是人类未来能源的希望所在。从目前的科学技术水平看，人们开发核能的途径有两条:一是重元素的裂变，如铀；二是轻元素的聚变，如氘、氚。重元素的裂变技术，己得到实际应用；轻元素聚变技术，正在积极研制之中。不论是在核裂变反应的重元素铀，还是核聚变反应的轻元素氘、氚，在世界大洋中的储藏量都是巨大的。

对于铀，采用人工方法轰击铀的原子核，使之分裂，可以释放出惊人的巨大能量。例如，1公斤铀裂变时释放的能量，相当于2500吨优质煤燃烧时放出的全部热能。可见，铀核裂变能是一种巨大的能源，这就是人们常说的原子能发电。迄今为止，全世界已建成的原子能电站和正在建设的约有上千座。随着原子能发电技术的发展，对燃料铀的需要量也在不断增加。然而，陆地上铀的储藏量并不丰富，较适于开采的只有100万吨，加上低品位铀矿及其副产铀化物，总量也不超过503万吨。按目前的消耗量，只够开采几十年。可是，海水中溶解的铀的数量可达45亿吨，超过陆地储量的几千倍，若全部收集起来，可保证人类几万年的能源需要，不过，海水中含铀的浓度很低，1000吨海水只含有3克铀。这就是说，只有先把铀从海水中提取出来，才有可能加以应用。当然，要从海水中提取铀，从技术上讲是件十分困难的事情，需要处理大量海水，技术工艺十分复杂。但是，人们已经试验了很多种海水提铀的办法，如吸附法、共沉法、气泡分离法以及藻类生物浓缩法等。

氘和氚都是氢的同位素。在一定条件下，它们的原子核可以互相碰撞而聚合成一种较重的原子核——氦核，同时把核中贮存的巨大能量（核能）释放出来。一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时，只放出4电子伏特的能量，而氘－氚反应时能放出400万电子伏特的能量。据计算，1公斤氘，至少可以抵得上4公斤铀或1万吨优质煤。海水中氘的含量为十万分之三，即1升海水中含有0.03克氘。这0.03克氘聚变时释放出来的能量等于30升汽油燃烧的能量，因此，人们用1升海水＝30升汽油这样的等式来形容海洋中核聚变燃料储藏的丰富。人们已经知道，海水的总体积为13.7亿立方公里，所以海水中总共含有几亿亿公斤的氘。这些氘的聚变能量，足以保证人类上百亿年的能源消费。而且，氘的提取方法简便，成本较低，核聚变堆的运行也是十分安全的。因此，以海水中的氘、氚的核聚变能解决人类未来的能源需要，将展示出最好的前景。

氘－氚的核聚变反应，需要在几千万度，以致上亿度的高温条件下进行。目前，这样的反应，已经在氢弹爆炸过程中得以实现。用于生产目的的受控热核聚变在技术上还有许多难题。但是，随着科学技术的进步，这些难题都是能够解决的。1991年11月9日，由14个欧洲国家合资，在欧洲联合环型核裂变装置上，成功地进行了首次氘－氚受控核聚变试验，反应时发出了1.8兆瓦电力的聚变能量，持续时间为2秒，温度高达3亿度，比太阳内部的温度还高20倍。核聚变比核裂变产生的能量效应要高达600倍，比煤高1000万倍。

因此，科学家们认为，氘－氚受控核聚变的试验成功，是人类开发新能源历程中的一个里程碑。在本世纪，核聚变技术和海洋氘、氚提取技术将会有重大突破。这两项技术的发展与成熟，对整个人类社会将产生重大的影响。

学习与思考

①你了解到核能都有何种用途。

②核能开发和利用对环境有什么影响。

③通过书籍、网络查询有关中国核工业的发展情况。

阅读材料

核能产生的基本原理

现在的核电站，主要利用反应堆中铀等放射性元素裂变时释放的热量来产生蒸汽进行发电。

裂变是指核素分裂为较小的部分，只有很少的几种元素能够发生裂变。当一种核素分裂时，会产生两个较小的原子，它们被称为裂变产物。裂变时释放出大量的能量，同时也从核素中释放出2个或3个中子。

核反应堆常常用铀的两种同位素:²³⁵ U、²³⁸ U，其中后者比前者多3个中子。²³⁵ U能够裂变，²³⁸ U则极少裂变。在核电厂，从一个已经分裂的原子中出来的中子撞击另一个铀原子，并使它形成为两个新的原子。（图a）。

新产生的两个原子的质量之和略低于原来的原子，失去的那部分质量转化为热能形式的能量而释放。同时释放出来的2～3个中子可分裂其他铀原子，从而使裂变的链反应继续进行（图b）。

反应堆的堆芯部分装有铀燃料，它们被做成陶瓷小柱，其直径约为1厘米。长度约长1.25厘米（图c），每个小柱释放的能量约相当于1吨煤产生的能量。

图a　核的裂变

图b　裂变的链反应

图c　单个小柱状的核燃料

反应堆堆芯的裂变反应速度受以下两种工具控制:

（1）控制棒:含有可吸收中子的物质。控制捧降入反应堆堆芯时可以减慢链反应的速度。反之，在控制棒上提移出堆芯时，裂变加强，产生更多的热量。

（2）减速剂:通常是纯净水，能减缓中子的速度。中子吸收剂（常用硼），往往被加入到减速剂中以提高其效能。

在核电厂，冷却剂的作用是避免反应堆的岩芯过热，它还能将热量从反应堆带到蒸汽发生器。假如冷却剂停止通过反应堆的岩芯，那么由裂变产物放射性蜕变所产生的热量会很快造成过热，并使燃料熔化。如果这种情况不及时校正，就可能导致反应堆的外壳壁损坏（熔化），造成放射性泄漏。

在核电厂，利用反应堆内核燃料中的原子裂变所产生的能量，可以产生蒸汽，蒸汽驱动涡轮机，从而使发电机发电。