核能利用现状与分析
摘要：核能是由原子核内部结构发生变化而释放出的能量。核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。由世界第一座核电站投入运行后，核电站已经具有污染少，储量丰富，运输方便，燃料成本低，不会加重温室效应等优点，但也具有废料放射性，热效率低，泄漏后果严重等缺点。核电占世界重发电量比重日趋增大。但核燃料泄漏安全已成为世界最为关注的问题，它被认为是存在着风险的，失控后不能用于发电，还会酿成灾害。
关键字：核能；核能发电；核能前景；核泄漏
前言
能源是人类社会的生命线，一个国家开发和利用能源的水平，标志着这个国家的生产力水平、文化水平和人民生活水平。但随着人们日益对资源能量的渴求，传统的能源已经满足不了人们的需求,它们地球上的储量日益面临枯竭。
从而20世纪中期，核能成为了一种新的能源，而不是用于军事。
到了本世纪70年代，核能与核技术已在许多方面形成了新兴的产业，在西方发达国家，核技术的应用已经深入到国民经济的各个领域，技术日趋成熟，并不断取得新进展。核能的利用的优点也伴随着缺点，而且绝不能忽视的。
1 核能原理
2Mmc由相对论的质能关系式 可知，质量和能量是相互联系的。当一个系统的能量减小时，系统向外界散发能量；反之系统吸收能量。我们知道，原子核是由质子和中子组成的，质子和种子都叫做核子。组成某一原子核的核子的的质量和与该原子核质量的差值叫做原子核的质量亏损，用m表示。原子核的质量亏损说明，在原子组成原子核的过程中有能量放出，放出的能量E由质能关系式可得：
E=mc2
这种自由核子结合成原子核时放出的能量叫做原子核的核能，用B表示。相反若要让原子分解成单个的原子，原子核要从外界吸收相应的能量。
由此可见，在原子核内蕴藏大量可利用的能量，而重核裂变和轻核裂变是获取核能的两天主要途径。[1]
2 世界核能历史
核能是人类历史上的一项伟大发明，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。
19世纪末 英国物理学家汤姆逊发现了电子。 1895年 德国物理学家伦琴发现了X射线。 1896年 法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。 1898年 居里夫人发现新的放射性元素钋。
1902年 居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。 1905年 爱因斯坦提出质能转换公式。
1914年 英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。 1932年 英国物理学家查得威克发现了中子。
1938年 德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。 1942年12月2日 美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。 1945年8月6日和9日 美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。 1954年 苏联建成了世界上第一座核电站——奥布灵斯克核电站。
在1945年之前，人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化。二战时，原子弹诞生了。人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域。美国、俄罗斯、英国、法国、中国、日本、以色列等国相继展开对核能应用前景的研究。
世界第一座核电站投入运行始于1954年6月27日，位于前苏联的奥布灵斯克。其热功率为3万千瓦，电功率为5千千瓦。发电率为16.6%、这一小型的实验性核电站标志着人类第一次能把核应用于和平建设。
此后，核电站如雨后春笋般在全国各地建立起来。然而，从二十实际八十年代开始，核能逐步由高潮走入低潮，其原因是20实际七十年代两次石油危机使工业发达国家的经济由高速发展转入到平稳发展，产业结构由高能耗向高技术低能耗方向调整，使大批项目停建，取消，核电首当其冲。截至2000年，全世界共有433座核电机组在运行，总装容量。[2] 3 核能应用现状及分析
3.1 核能优点
1 核能是地球上储量最丰富的能源，又是高度浓集的能源。一吨金属铀裂变所产生的能量，相当于270万吨标准煤。按照地球上有机燃料的储量和人类耗能的情况来估算，地球上煤的储量大概再过200多年即将耗尽，石油则只够用约40年。聚变反应堆成功以后，能源真可谓取之不尽，用之不竭，人类将不再为能源问题所困扰了。
2 核电是清洁的能源，有利于保护环境。目前世界上大量燃烧有机燃料的后果是相当严重的。燃烧后排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体，不仅直接危害人体健康和农作物生长，还导致酸雨和大气层的“温室效应”，破坏生态平衡。比较起来，核电站就没有这些危害。核电站严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计，对放射性三废，原则上是回收处理储存，不往环境排放。
3 核电在经济上也有优势。核电厂由于特别考究安全和质量，建造费比火电厂高，一般要高出30%～50%，但燃料费则比火电厂低很多，火电厂燃料费约占发电成本的50%～60%，而核电厂的燃料费则只占20%～30%，总的看起来，一般来说核电厂发电成本与燃煤电厂成本相当，而在需要远距离运煤的地方，则要低15%～30%。我国台湾省核电厂成本仅是那里烧石油电厂成本的二分之一。
4 核电厂燃料的运输量只及相同容量煤电厂煤炭运输量的十万分之一。以田湾核电厂为例，它两套机组的总容量为200万千瓦，每年只需核燃料48吨。如果是相同容量的烧煤电厂，每年就需烧煤600万吨。[3] 5 以核燃料代替煤和石油，有利于资源的合理利用。煤和石油都是化学工业和纺织工业的宝贵原料，能以它们制造出多种产品。它们在地球上的蕴藏量是很有限的；作为原料，它们要比作为燃料的价值高得多。[4] 所以，从合理利用资源的角度来说，也应逐步以核燃料代替有机燃料。总之，核能的优点终将为人们所确认。它的利用是解决能源问题的必由之路。
3.2 核能缺点
1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。
2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。 [5] 3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。
4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。
5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 [6] 6.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。[7] 所以核能的利用应在法制健全，技术先进，管理规范严谨的前提下，而且存在着自然灾害的影响，导致核泄漏，产生严重后果。
3.3 核能在能源中的重要性
能源是人类社会的生命线，一个国家开发和利用能源的水平，标志着这个国家的生产力水平、文化水平和人民生活水平。
在十九世纪产业革命之前，人类消耗能源的增长，相当缓慢。产业革命以来，由于经济的发展，能源耗量也迅速增长。近一百年来，世界能耗增长了二十倍。在上世纪五十年代，世界能源年耗量相当于26亿吨标准煤，至八十年代初已超过年耗量100亿吨标准煤。2000年世界能源的年耗量已超过180亿吨标准煤。但是，迄今为止，世界耗能的85%均来自燃烧煤、石油、天然气等有机燃料。人类已经面临选择后续替代能源的问题。[8]
自然界中，除有机燃料外，核能、水力、风力、太阳能、地热、潮汐能也都是可资利用的能源。水力是无污染的能源，应充分开发使用，但水力资源终究有限，且受地理条件限制。水力发电量又随季节变化很大，故光水力满足不了日益增长的能源要求。太阳能、潮汐能、风力、地热等受多种条件限制，只能在一定条件下有限开发，很难大量使用。多种预测资料表明，即使做较乐观的估计，上述这几种能源中每种在能源总耗量中的比例，都很难超过1%。现在，技术上已较成熟，且能大规模开发使用的，唯有核能。目前，世界上正在运行发电的核电机组已有438座，总电功率为三亿五千多万千瓦，核电占世界总发电量的17%，法国核电占全国总电量的比例已达76%。[9] 所以人类对能源要求的前景来看，发展核能将是必由之路。这是因为核能有其无法取代的优点。
3.4 我国核能现状
我国是重视核能发电的。早在1955年中央制定原子能发展计划12年大纲中就提出：“用原子能发电是动力发展的新纪元，是有远大前途的。在有条件下应用原子能发电，组成综合动力系统”。1974年周恩来总理批准了30万千瓦压水堆核电站方案，作为科技开发项目，列入了国家计划。这就是秦山核电站的由来。于1991年12月15日并网发电，结束了我国大陆无核电的历史。从法国成套进口的广东大亚湾两台90万千瓦的核电机组，也分别于1993年和1994年并网发电。这两个核电站为我国核电发展创造了良好的基础。
在党中央和国务院的重视和关怀下，九五期间我国已开工建设的核电机组有八套，其中：
[10] 1.自行设计建造的秦山二期，有二套60万千瓦级压水堆核电机组，已于1996年6月正式开工，其第一套机组已于2002年2月并网发电，5月达到满功率运行。
2.广东岭澳核电站，与法国合作建设二台90万千瓦级压水堆核电机组，已于1997年5月正式开工建设，其第一套机组已于2002年5月投入商业运行。
3．秦山三期核电站，与加拿大合作建设二台重水堆70万千瓦级机组，已于1998年6月开工建设，预计其第一套机组将于2002年11月并网发电。
4.江苏连云港田湾核电站，与俄罗斯合作建设二套100 万千瓦级压水堆核电机组，已于1999年10月开工建设，预计其第一套机组将于2004年建成发电。[11]
核技术除了用于发电，在工业、商业、医学等各领域的应用也都有较大的发展。目前，中国从事核应用技术开发和生产的企事业单位有３００多家，产业规模达到年总产值１５０多亿元。进入９０年代以来，工业用电子加速器、工业钴源的实际装源量的年均增长速度维持在２０％以上，是世界上发展最快的国家之一。核技术的应用开发取得一批重要成果，核技术应用的产业化进程明显加快。海关集装箱电子束监测系统、电子束信件灭菌装置等一批装置研制成功，为打击走私和反恐活动提供了新型有效的技术手段。核技术在我国农业领域得到了广泛应用，并取得了卓越成就，创造了巨大的经济、社会与生态效益。中国拥有７个放射性药物生产基地，核医疗器械一直保持快速发展的势头，１０００多家医院应用核医学技术，核医学得到普及和推广，为提高人民健康水平做出了积极贡献。[12]
3.5 核能安全
涉及核电站的一个主要问题，是人们对安全标准和安全设备的担忧，因为放射性泄漏总是可能发生的。
对安全最严重的是燃料可能融化，使大量放射物质向环境排放。[13]当然，这种状况是我们在考虑安全性时的一种最坏的设想。事实上，核电站事故在有些国家发生过，但像那种严重事故的自由反应堆以来只有2次。[14]反应堆产生的废物有气体，固体，液体三种，对放射性废物处理的基本要求是：在排放的废气，废液中，放射性物质的浓度低于规定值；存放，储存和投掷深海的固体废物的措施安全可靠。[15]
但在2011年3月15日，日本福岛核电站发生核泄漏事件。日本核泄漏造成的核污染其辐射范围正一步步向外扩散，先是我国沿海地区，接着内地，今天传来除西藏外全国所有省市均在空气中检测到放辐射物质的消息。这核能事故敲响给世界核能安全安敲响了警钟。对于自然灾害对核设施的影响，人们更应注视。更应制定更加严格的控制核能的法律以及对事故的防范措施。
4 结论
国民经济要发展，能源是基础。总之，核能开发利用的前景是光明的，但这终究是一个长期的大系统工程，既要解决为国民经济服务的大量工程技术问题，又要为下一步发展进行系统的预先研究和基础研究，牵涉到的学科范围也十分广泛。因此，必须远近结合，高瞻远瞩，全面考虑，统筹安排，认真落实。发展核能的同时也要时刻考虑着核能的安全利用，一旦发生危害弊远远大于利。
参考文献：
【1】 王莹,21世纪新能源的开发与利用 , 2007 .【2】翟秀静，刘奎仁，韩庆，新能源技术, 2005.【3】王丰，热力发动机优化设计,1993.【4】周乃君，能源与环境 , 2008.【5】《一看就懂丛书》编写组，一看就懂的科学发现大事典, 2009.
【6】魏切尔，舒尔茨著；俞誉福译，放射生态学核能与环境第1卷, 1988 【7】王喜元，从核弹到核电核能中国, 2009.【8】王莹著，世纪新能源的开发与利用, 2007.【9】翟秀静，刘奎仁，韩庆，新能源技术, 2005.【10】全民科学素质工作领导小组办公室，能源篇, 2007.
【11】王秀清，世界核电复兴的里程碑， 中国核电发展前沿报告, 2008.
【12】Zentner,Irmela;Tarantola,Stefano;de Rocquigny,E ,Sensitivity analysis for reliable design verification of nuclear turbosets.2011.【13】Linnerud,Kristin;Mideksa,Torben K.;Eskeland,Gunnar S ,The Impact of Climate Change on Nuclear Power Supply.Energy Journal 2011.【14】徐恒馨;李弘毅 ,新能源之核能, 2010 .
【15】中华人民共和国科学技术部，国际安全生产发展报告, 2006.
