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简装书库自然科学总论
理论现状及发展
中国科学院院
士谈 21 世纪
科学技术
03
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核能利用的意义和前景
欧阳予
本世纪的伟大科技成果之一,是人们打开了核能利用的大门。年,
爱因斯坦在其著名的相对论中列出了质量和能量相互转换的公式:,其
中, 为能量( ), 为质量(), 为光速(厘米秒)。这一公式表
明,少量的质量转换为能量就十分巨大,揭示了核能来源的物理规律。
年,德国物理化学家哈恩和施特拉斯发现了铀—的裂变现象:
铀原子核裂变的同时,释放出巨大的能量,这个能量来源于原子核内核子的
结合能,它恰好相等于核裂变时的质量亏损。这一发现,使核能的利用走向
现实。
核能的利用是从制造核武器的军用开始的。年美国在芝加哥大学建
成了世界上第一座核反应堆,首次实现了可控核裂变连销反应,并应用其试
验成果于年建成投产了第一座为生产用于核武器的裂变物质钚—的
反应堆。同年在像树岭也建成了浓缩铀—的高浓铀工厂。分别装有铀—
和钚—的两颗原子弹,先后于年月日和日投放在日本广
岛和长崎,促进了第二次世界大战的结束。
核能的和平利用始于年代初期。年美国利用一座生产钚的反应
堆的余热试验发电,电功率为千瓦。年,苏联建成世界上第一座核
电站,电功率千瓦。之后,英国和法国相继建成一批生产钚和发电两用
的气冷堆核电站,美国移植利用其核汗艇技术建成了电功率万千瓦的第一
座在水堆核电站。那时,各有核国家在抓紧核武器竞赛的同时也竞相建造核
电站。至年代中期进入了发展核电站的高潮,那时核电站增长的速度远高
于火电和水电。但是,至年代后期,一方面由于国外经济增长缓慢,能源
需求趋缓,另一方面,更由于三里岛核电站事故特别是切尔诺贝利核电站事
故的影响,使相当多的人对核电站的安全产生疑惧,反核势力趁机抬头,从
而使核电站的建设进入了低潮。尽管如此,法国、日本、韩国等仍坚持了以
发展核电为主的方针,并取得了卓越的成效。我国自年代以来,发展核电
的决心也坚定不移,自行设计建造成功的秦山核电站于年并网发电,进
口的大亚湾核电站也于年并网发电,秦山和大亚湾的第二期核电工程也
正在积极组建中。近年来,国际上关于发展核电的呼声又趋高涨,预计到
世纪,核能利用的复甦必将到来。这是因为,解决人类能源的需求,从长远
观点来看,终将依靠核能。
一、核能在能源中的地位
在世纪产业革命之前,人类能源消耗的增长,相当缓慢。产业革命以
来,由于经济的发展,能源耗业也迅速增长。近一百年来,世界能耗增长了
倍。本世纪年代,世界能源年耗量约为亿吨标准煤,至年代初
已超过年耗量亿吨标准煤;预计到世纪初将达亿吨标准煤。但是,
迄今为止,世界耗能的%均来自燃烧煤、石油、天然气等有机燃料。大量
燃烧有机燃料所产生的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮和烟灰等物质,给人
们带来深为忧虑的环境影响问题。而且,这些有机物质的巨大增长的耗量,
使它们在地球上的储量日益面临枯竭。
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,故光靠水
力替代不了有机燃料,满足不了日益增长的能源需求。风力、太阳能、地热、
潮汐能等,都因受多种条件的限制,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,到下一世界,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%。目前,技术上已较成
熟,且能大规模开发使用的,唯有核能。而从人类能源需求的前景来看,发
展核能更是必由之路,这是因为核能有其无法取代的优点,主要表现于:
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还过多年即将耗尽,石油
则只够用三四十年。人类已经面临如何选择后继能源的问题。地球上已探明
的核裂变燃料,即铀矿和钍矿资源,按其所含能量计算,相当于有机燃料的
倍,只要及早开发利用,即有能力替代和后继有机燃料。更进一步说,地
球上还存在大量的聚变核燃料氘,能通过聚变反应产生核能。吨氘聚变产
生的能量相当于万吨标准煤。自然界每吨海水或河水中均含有克氘,
所以,将来聚变反应堆成功后, 吨海水即相当于吨标准煤。那时,人类
将不再为能源问题所困扰。
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、