走近核能
【关键词】：核能
核能发展
开发利用
核能发电
环境污染 【摘要】：
当今世界能源问题已经成为影响人类发展的的大问题，许多问题的产生都直接或间接的与能源问题有关，核能作为一种清洁、安全的能源，将在人类社会中起到越来越重要的作用。 正文：
能源是人类社会和经济发展的保障性资源，同时能源问题也是世界性的问题。进入21世纪以来，当今世界能源问题已经成为影响人类发展的的大问题，许多问题的产生都直接或间接的与能源问题有关。目前人类所使用的能源主要是化石能源，自19世纪70年年代产业革命以来，化石燃料的消费量急剧保持增长，90%以上的世界经济活动所需的能源都依靠化石能源提供，由于大量消耗，这类资源正趋于枯竭；同时化石燃料的大规模利用也带来了严重的环境污染，导致了温室效应和全球气候变暖等一系列环境问题。能源危机与环境危机日益紧迫，寻找新的清洁、安全、高效的能源是人类所面临的共同任务。
现代社会中，除了煤炭、石油、天然气、水力资源外，还有许多可利用的能源，如风能、太阳能、潮汐能、地热能等等，但是由于技术问题和开发成本等因素，这些能源很难在近期内实现大规模的工业生产和利用；而核能是一种经济、安全、可靠、清洁的能源，同各种化石能源相比起来，核能对环境和人类健康的危害更小，这些明显的优势使核能成为新世纪可以大规模使用的安全和经济的工业能源。从20世纪50年代以来，前苏联、美国、法国、德国、日本等发达国家建造了大量的核电站， 由于核电具有巨大的发展潜能和广阔的利用前景，和平发展利用核能将成为未来较长一段时期内能源产业的发展方向，核能将在人类社会中起到越来越重要的作用。
一、核能定义及其来源
核能，又称原子能，英文名字nuclear energy，是核裂变能的简称。50多年以前，科学家在的一次试验中发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分裂，在放出2—3个中子的同时伴随着一种巨大的能量，这种能量比化学反应所释放的能量大的多，这就是我们今天所说的核能。核能的获得途径主要有两种，即重核裂变与轻核聚变。核聚变要比核裂变释放出更多的能量。例如相同数量的氘和铀-235分别进行聚变和裂变，前者所释放的能量约为后者的三倍多。被人们所熟悉的原子弹、核电站、核反应堆等等都利用了核裂变的原理。只是实现核聚变的条件要求的较高，即需要使氢核处于6000度以上的高温才能使相当的核具有动能实现
聚合反应。
重核裂变是指一个重原子核，分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量。例如，当用一个中子轰击Ｕ-235的原子核时，它就会分裂成两个质量较小的原子核，同时产生2—3个中子和β、γ等射线，并释放出约200兆电子伏特的能量。 如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变，以此类推，裂变反应不断地持续下去，从而形成了裂变链式反应，与此同时，核能也连续不断地释放出来。
所谓轻核聚变是指在高温下(几百万度以上)两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过程，也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般的温度和压力下，很难发生聚变反应。而在太阳等恒星内部，压力和温度都极高，所以就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，故称为\"热核聚变反应\"。
二、核能的优越性
与常规能源相比，核能有明显的优越性。第一，核能的能量密度大，消耗少量的核燃料就可以产生巨额的能量。为了使大家对于这一点有很深的印象，我们将核电厂和煤电厂在燃料消耗上作一对比。一座电功率为100万千瓦的燃煤电厂每年要烧掉约300万吨煤，而同样功率的核电站每年只需更换约30吨核燃料，真正烧掉的铀－235大约只有1吨。因此利用核能不仅可以节省大量的煤炭、石油，而且极大地减轻了运输量。
核能的第二个主要优点是清洁，有利于保护环境。众所周知，燃烧石油、煤炭等化石燃料必须消耗氧气、生成二氧化碳。由于人类大量燃烧化石燃料等，已经使得大气中的数量显著增加，导致所谓“温室效应”。其后果是地球表面温度升高、干旱、沙漠化、两极冰层融化和海平面升高等。这一切都会使人类的生存条件恶化。而产生核能，不论是裂变能和聚变能，都不需消耗氧气、不会产生二氧化碳。因此在西方发达国家，虽然目前能源和电力供应都比较充足，但有识之士仍在呼吁发展核能以减少二氧化碳的排放量。除二氧化碳外，燃煤电厂还要排放大量的二氧化硫等，它们造成的酸雨，使土壤酸化、水源酸度上升，对农作物、森林造成危害。煤电厂排出的大量粉尘、灰渣也对环境造成污染。更值得注意的是，燃烧一吨煤平均会产生0．3克苯并芘，它是一种强致癌物质。每1000立方米空气中苯并芘含量增加1微克，肺癌发生率就增加5％～10％。相比之下核电厂向环境排放的废物要少得多，大约是火电厂的几万分之一。它不排放二氧化硫、苯并芘，也不产生粉尘、灰渣。一座电功率100万千瓦的压水堆每年卸出的乏燃料仅25～30吨，经后处理就只剩下10吨了，现已有多种方法将它们安全地放置在合适的地方，不会对环境造成危害。核电站正常运行时当然也会向环境
中排放少量的放射性物质，核电站对周围居民的放射性剂量，不到天然本底的1％，不是什么严重的问题。值得指出的是，由于煤渣和粉尘中含有铀、钍、镭、氡等天然放射性同位素，所以煤电站排放到环境中的放射性、比相同功率的核电站要多几倍、甚至几十倍。
三、核能对环境的影响
虽然核能具有来源丰富、安全、清洁、高效等明显的优点，但是核能仍然可能对环境造成严重的污染，对人类社会和经济的可持续发展造成重大损害。核能的利用对环境造成的污染主要是放射性污染。核能利用上的任何疏忽、无知、差错，其结果并不亚于爆发一场小型核战争，有时甚至遗患无穷，给人类的生活乃至生存，投下可怕的阴影。目前核阴云主要来自核废料的严重污染，使用核能所产生的核废料会产生危险的辐射，并且影响会持续数千年。
到目前为止，全世界核能民用的历史上仅发生过两起重大核安全事故。1979年3月，美国三哩岛核电站二号堆发生了一次严重的失水事故，幸好由于堆的事故冷却紧急注水装置和安全壳等设施发挥了作用，使排放到环境中的放射性物质含量极小，虽然并没有造成大的人员伤亡但在经济上却造成了10到18亿美元的损失，事故的危害尚在进一步观测调查中。1984年4月，前苏联基辅附近的切尔诺贝利核电站发生事故，造成大量的发射性物质泄漏，30km范围内的居民被迫撤离，欧洲不少国家也受到轻微的核污染，引起了强烈的国际反响。据报道，有31人死亡，203人受伤，135000人被疏散。
当前对环境造成污染的放射性核素大多来自核电站排放的废物，核电可能产生的放射性废物主要是放射性废水、放射性废弃和放射性固体废物。1座100万KW的核电站1年卸出的泛燃料约为25t，其中主要成分是少量未燃烧的铀、核反应后的生成物——钚等放射性核素，核废料中的放射性元素经过一段时间后会衰变成非放射性元素。此外，还有铀矿资源的开发问题，由于铀矿资源的开发造成的废弃、废水、废渣等污染也不可忽视，对铀尾矿也必须进行妥善处理，如果处理不好，将会覆盖农田、污染水体，甚至对自然和社会都造成严重影响。一旦发生核事故或核泄漏，对人类和环境造成的影响都是灾难性的，只有加强核安全和辐射安全的管理，处理好放射性核废料，合理科学地利用核能，才能保证核能安全的开发利用。
四、发展核能的必然性
由于人类对化石能源的大规模开发利用，可供开采的化石能源日益衰竭，在世界一次能源供应中约占87.7% , 其中石油占37.3%、煤炭占26.5%、天然气占23.9%。非化石能源和可再生能源虽然发展迅猛、增长很快, 但仍保持较低的比例, 约为12.3%。根据《2004年BP 世界能源统计》, 截止到2003年底, 全世界剩余石油探明可采储量为1565.8亿吨, 2003年世界
石油产量为36.79亿吨, 即可供开采年限大约42 年。煤炭剩余可采储量为9844.5 亿吨, 可供192 年，天然气剩余可采储量为175.78 万亿立方米, 可供67 年。化石燃料在使用过程中也造成了严重的环境污染，温室效应、酸雨和全球气候变暖等全球性的环境问题不断加剧，资源危机和环境危机使人类文明的可持续发展受到制约和挑战。
在已知的可再生新能源中，由于技术上的困难和经济性等因素，已开发的太阳能、风能、沼气等均未能大规模利用，只有水电资源已大规模开发利用，尽管尚可继续开发，但仅靠水电资源难以满足经济和社会发展的需求，由此看来 ，要使可再生能源达到全面应用并足以支持经济持续发展的水平，还需要相当一段进一步开发的时期。由于新的可再生清洁能源目前面临技术和成本的问题，只有核能是一种既清洁、又安全可靠且经济上具竞争力的最现实的替代能源。
根据国际原子能机构的一位专家发表的报告，一座装机容量为100万KW 的燃煤电厂，每年要耗煤250万吨，所排放的废物有：二氧化碳650万吨（含碳200万吨），二氧化硫1.7万吨，氮氧化物4000吨，煤灰28万吨（其中含有毒重金属约400吨）。而同样规模的一座压水堆核电站，每年才消耗低浓铀25吨（相当于天然铀150吨），所排放的废物为：经处理固化的高放废物9吨（体积约3立方米），将被存放于地下深层与环境隔绝的岩井中，另有中放废物200吨、低放废物400吨。核电厂不排放二氧化碳、二氧化硫或氮氧化物，且1kgU-235裂变产生的能量相当于200吨标准煤。据有关报告显示，现在世界每年因燃烧化石燃料所排放的二氧化碳已达55亿吨（以碳计）之多，而截止1993年的统计，由于使用核能发电已使世界二氧化碳的排放减少了8%。所以在未来相当一段时期内，发展利用核能将成为21世纪人类应对能源危机和实现经济可持续发展的必然选择。
五、核电的发展历程
人类对核能的现实利用始于战争。核能的战争用途在于通过原子弹的巨大威力损坏敌方人员和物资, 达到制胜或结束战争的目的, 目前人类对核能的开发利用主要是发展核电, 相对与其他能源, 核能具有明显的优势。核电站的开发与建设开始于20世纪50年代，1954年，前苏联建成电功率为5000kW 的实验性核电站；1957年，美国建成电功率为9万kW 的希平港原型核电站；这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。
20世纪60年代后期以来，在试验性和原型核电机组基础上，陆续建成电功率在30万kW 以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明：可与火电、水电相竞争。20世纪70年代，因石油涨价引发的能
源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的四百多座核电机组大部分是在这段时期建成的，称为第二代核电机组。
第三代核电设计开始于20世纪80年代， 第三代核电站按照URD或EUR 文件或IAEA 推荐的新的安全法规设计，但其核电机组的能源转换系统（将核能转换为电能的系统）仍大量采用了第二代的成熟技术，预计一般能在2010年前进行商用建造。从核电发达国家的动向来看，第三代核电是当今国际上核电发展的主流。
与此同时，为了从更长远的核能的可持续性发展着想，以美国为首的一些工业发达国家已经联合起来组成“第四代国际核能论坛”（GIF），进行第四代核能利用系统的研究和开发。第四代是指安全性和经济性都更加优越，废物量极少，无需厂外应急，并具有防核扩散能力的核能利用系统，其目标是到2030 年后能进行商用建造。
六、世界核能的利用现状
1954年前苏联世界建成第一座发电功率为5000KW 的试验性核电站, 美国则在1957年12月建成了发电功率达90000KW的希平港压水堆核电站。20世纪60年代到70年代, 是世界各国经济快速发展时期, 电力需求也以十年翻一番的速度迅速增长, 此时, 核电的安全性和经济性得到验证, 相对于常规发电系统的优越性鲜明地显现出来, 给核电发展提供了一个广阔的市场。核电迅速实现了标准化、批量化的建设和发展。
国际原子能机构公布的一份报告显示, 立陶宛核能发电在全国发电总量中所占的比重接近80%, 这一比重在世界上是最高的。在世界主要工业大国中, 法国核电的比例高, 核电占国家总发电量的78%, 位居世界第二, 日本的核电比例为40%, 德国为33% , 韩国为30% , 美国为22% , 而我国仅为2%右, 发展空间很大。
由于三里岛核电站事故尤其切尔诺贝利核电站事故, 核能在上世纪90年代发展速度明显放缓, 核恐惧和高成本使得核能利用较高的发达国家重新审视核电的利弊, 美国90年代一直致力于核电站的维护而不是新建; 在欧洲, 许多国家也在讨论如何迅速关闭其核电厂。但进入新世纪核电又受到世界各国的重视，出现了较快的发展势头。截至2007年12月, 全世界正在运行中的反应堆有439座, 相比2002年的444座微量下降, 但发电能力稳步上升, 总发电量达到37117GW , 全世界核电供应已经达到总供电量的16%, 许多国家达到总供电量的1/3。
随着国际能源价格的进一步飙升, 2000年以来发达国家正在转变其原有的核电发展态度, 调整原有的核电发展计划。美国2005年通过能源政策法, 联邦政府开始积极鼓励建设新的反应堆。英国政府在2008年2月宣布将投巨资发展核电,在2020年以前, 新建反应堆6个, 使英国的电力供应提高18%。据国际原子能机构预测, 到2030年, 全球核电所占份额将增加到
27%。正在崛起的发展中国家能源需求旺盛, 其核能增长最快, 1999到2020年间将增长417% , 尤其是发展中的亚洲, 据世界原子能机构的统计, 未来65座正在兴建或正在立项的核电站中, 2/3分布在亚洲各国。中国目前运行核电机组11个,核电比例为119 % , 核电装机容量900万千瓦, 计划到2020年提高到4000万千瓦。印度运行核电机组17个, 核电比例为216% , 计划到2020年增加20至30个新核电机组，所以目前核电的扩展以及近期和远期的发展前景仍集中在亚洲，亚洲地区尤其是发展中国家发展核电的势头强劲。
七、我国的核能发展及其近况
中国的核工业在五十年代中期开始建立,现已形成比较完整的核工业体系。八十代初核电开始起步。中国自行设计建造的秦山30万千瓦压水堆核电站，1985年3月正式开工,1991年12月并网发电。利用外资和引进国外成套设备兴建的大亚湾核电站两台90万千瓦机组，于1987年8月开工建设，1994年投入商业运行。“九五”期间有4个核电项目8台机组开工建设，总装机容量为660万千瓦。它们分别是：1996年6月开工建设的秦山二期核电站两台60万千瓦压水堆机组，1997年5月开工建设的岭澳核电站两台100万千瓦级压水堆机组，1998年6月开工建设的秦山三期核电站两台70万千瓦级重水堆机组，这三个项目均计划于2003年建成投产；于1999年10月开工建设的田湾核电站两台100万千瓦级压水堆机组，于2005年建成投产。
核电自八十年代初起步以来，在核电站的建设和运行、前期准备工作、国产化、有关法规和管理体系的建立等方面做了大量的工作，取得了相当的进展，为今后的发展奠定了基础。
中国通过6个核电项目11台机组的建设，现已形成基本配套的核动力、核燃料科研开发工业体系；积累了科研、设计、建设、运行等一整套宝贵经验；培养和造就了一支专业齐全，具有相当实力的科研、设计和工程建设队伍，建立了一批大型实验台架，进行了大量科研攻关和设计研究。通过在建项目的实施，掌握了较多的设计资料，积累了大型核电站的工程建设和项目管理经验，国产化能力有了较大的提高。
在核燃料循环工业方面，从五十年代中期以来，中国已经逐步建立了比较完整的核燃料循环体系。随着核电事业的发展，核燃料工业得到了进一步提高，初步形成了从铀矿地质勘查、铀矿采冶、铀同位素分离、核燃料元件制造、乏燃料后处理直至核废物处理与处置等完整的核燃料循环工业体系。特别是改革开放二十年来，在与国际广泛交流的基础上，引进和开发了先进的技术和工艺，在核燃料生产的几个主要环节上，实现了更新换代，不仅对提高产品质量、降低生产成本等发挥了重要的作用，而且可以满足或基本满足“十一五”期间中国核电更大发展的需求。
