三、關(guān)于核能的辨析

背　景

沒有核襲擊的核環(huán)境

現(xiàn)代已在相當(dāng)多的領(lǐng)域里展開核能的利用，如農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等。軍事上則早在第二次世界大戰(zhàn)中已有了原子彈，戰(zhàn)后又發(fā)展了當(dāng)量更大的原子彈、氫彈和核彈的小型化品種，形成了整套的核武器家族。與此同時，發(fā)展子艦船的核動力裝置，這些方面，在前面的章節(jié)中有所介紹。除此以外，在能源匱乏的當(dāng)今世界，核能發(fā)電已被許多國家采用，在發(fā)展國民經(jīng)濟上起著舉足輕重的作用。截至1990年12月30日，關(guān)于原子能發(fā)電，全世界就有423套發(fā)電機組采用核反應(yīng)為動力，它們的發(fā)電量已達到325 873兆瓦。有25個國家和地區(qū)利用核能發(fā)電的量已占這些國家和地區(qū)發(fā)電總量的17%；有12個國家和地區(qū)核能發(fā)電的量已超過它們的總發(fā)電量的1/4，如法國、比利時、匈牙利、瑞典、瑞士等，其中法國利用核能發(fā)電的發(fā)電量已達到總發(fā)電量的74.5%；我國寶島臺灣有發(fā)電機組6座，核能發(fā)電量占總發(fā)電量的35.2%。在同一時期，全世界還有83座核電反應(yīng)堆正在建造，到2000年，全世界利用核能的發(fā)電量可達到43萬兆瓦，這個數(shù)值達到全世界發(fā)電總量的30%以上。核能如此廣泛和大規(guī)模的利用，形成了從采礦、煉礦、核原料生產(chǎn)、核能利用和研究、核能利用設(shè)施的建立和應(yīng)用、倉庫、核廢料處理等一整套核工業(yè)體系，核武器擁有國還有相應(yīng)的核武器生產(chǎn)、試驗、貯存等設(shè)施。

對于核能在軍事上和經(jīng)濟上的重要作用及其廣闊的前景，一些軍事家不得不刮目相看，把摧毀對方核設(shè)施列入了他們軍事活動的賬單。早在1981年6月，以色列已把伊拉克核反應(yīng)堆作為攻擊目標(biāo)。在海灣戰(zhàn)爭中，美軍“沙漠風(fēng)暴”行動空中作戰(zhàn)計劃，把轟擊伊拉克核設(shè)施列在攻擊的12個目標(biāo)群之中，其中發(fā)電設(shè)施列在第二位，在美國國防部致國會的最后報告中，對發(fā)電設(shè)施的轟擊是這樣說明的:“電力對于像伊拉克這樣一個現(xiàn)代軍事和工業(yè)國家的運轉(zhuǎn)極為重要，破壞電力供應(yīng)往往可以不必再摧毀某些其他設(shè)施。破壞伊拉克關(guān)鍵設(shè)施的電力供應(yīng)，可造成其他多種重要設(shè)施的能力下降，這些設(shè)施包括監(jiān)視聯(lián)軍空襲的預(yù)警雷達站、用于保存生物武器的制冷設(shè)備和核武器生產(chǎn)設(shè)施。”他們還寫道:“在從主電源改用備用發(fā)電機時，計算機停機，造成以后的混亂，還可以產(chǎn)生其他遺留問題。鑒于現(xiàn)代大規(guī)?？找u的快節(jié)奏，即使敵人的電力只中斷數(shù)毫秒，對飛行員來說都可能生死攸關(guān)。”基于這種認(rèn)識，多國部隊空襲計劃擬制人員不僅查閱了當(dāng)前的有關(guān)情報資料，而且利用了各種情報手段，其中包括衛(wèi)星偵察和通信截聽手段，直接訪問近年來去過伊拉克的專家、學(xué)者，特別是向了解伊拉克通信設(shè)施、軍工生產(chǎn)設(shè)施、核設(shè)施和軍事掩體情況的人收集情報。空襲目標(biāo)確定之后，武器專家們隨之確定使用什么樣的空襲武器和空襲方式。多國部隊的中央總指揮部門有約70人來負(fù)責(zé)組織實施每天的空襲。

海灣戰(zhàn)爭于1991年1月16日凌晨開始沙漠風(fēng)暴行動，在1月18日，空軍中將查爾斯·霍納發(fā)表的首次空襲結(jié)果中，就提到了所有核生化武器設(shè)施均被摧毀。1月30日夜里，施瓦茨科普夫司令在接見記者時也提到了對伊拉克核生化武器設(shè)施實施了攻擊，全部核生化武器制造設(shè)施被摧毀。從海灣戰(zhàn)爭的結(jié)果看，多國部隊夸大了對核設(shè)施摧毀的戰(zhàn)果，有消息報導(dǎo)，多國部隊未擊中目標(biāo)，打偏了。但是，不管多國部隊是否擊中目標(biāo)，在戰(zhàn)爭中襲擊核設(shè)施，削弱以至摧毀對方賴以支援戰(zhàn)爭的能源，以及削弱以至摧毀對方使用核武器的能力，作為參占一方，一般情況下都會這樣做。

一旦核設(shè)施遭襲擊，反應(yīng)堆遭嚴(yán)重破壞，便要造成放射性污染的災(zāi)難，放射性物質(zhì)首先污染遭襲區(qū)的大氣環(huán)境，隨空氣流動而傳播、蔓延，與此同時，人員將受到放射性輻射的照射，達到一定程度時，引起放射病。人們的物資財產(chǎn)，國家的生產(chǎn)建設(shè)，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，以至社會治安都受到影響。一般條件下，它比化學(xué)次生災(zāi)害引起的損失要大，影響時間也長。

我們借助前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站事故造成的環(huán)境危害以及引起的一系列后果來說明問題。雖然切爾諾貝利核電站事故發(fā)生在和平時期，引起事故的原因是由于工作人員違反操作規(guī)程，但是就放射性物質(zhì)泄漏引起大氣環(huán)境嚴(yán)重污染而言，應(yīng)該說是相似的。也就是說，如果核電站因在戰(zhàn)爭中遭受襲擊而引起嚴(yán)重的放射性物質(zhì)泄漏，同樣可引起大氣污染。切爾諾貝利核電站事故引起的環(huán)境危害以及導(dǎo)致的一系列后果，便于同學(xué)們聯(lián)想，戰(zhàn)爭中一旦發(fā)生核次生災(zāi)害將可能引起怎樣的環(huán)境后果。

切爾諾貝利核電站位于烏克蘭西部邊境，距切爾諾貝利市18千米，是一個沼澤平原，在離電站30千米范圍內(nèi)，有10萬人居住或工作，這個電站有4個反應(yīng)堆已建成，發(fā)生事故的是其中一個堆——4號堆。

1986年4月26日1時23分左右，事故爆發(fā)了。反應(yīng)堆外構(gòu)筑的抗壓強度極大的安全殼和其他設(shè)施再也抗不住高壓蒸汽的壓力，在2～3秒之內(nèi)，連續(xù)發(fā)生了兩次爆炸，濃煙、烈火像一頭長期被關(guān)禁的猛獸，猛然沖出牢籠，比任何時候都瘋狂。反應(yīng)堆內(nèi)爆發(fā)出的極強的沖擊力居然炸飛了反應(yīng)堆頂部和重約1000噸的反應(yīng)堆樓的頂蓋；噴出的火焰使廠房30多處起火，大量的放射性物質(zhì)在高溫高壓的作用下，被沖上了1200米空中，一股股黑色的云霧籠罩了出事地點的上空。前蘇聯(lián)政府組織力量對出事地點投放了硼、砂、粘土和鉛，他們的意圖是把反應(yīng)堆覆蓋住，阻止它向大氣中釋放放射性物質(zhì)，在4月27日到5月10日之間共投放了上述物質(zhì)達5000噸之多，但放射性釋放仍像脫韁的烈馬控制不住。反應(yīng)堆內(nèi)核反應(yīng)一直在繼續(xù)著，放射性物質(zhì)釋放持續(xù)達10天之久，而且除了4月26日以外，在5月4日至5日之間，又出現(xiàn)了一個放射性釋放的高峰。在事故期間，4月26日至27日，在核電站東南方向130千米的基輔上空吹的是東南風(fēng)，4月28日，基輔上空吹的是東風(fēng)，直到5月初，轉(zhuǎn)為西北風(fēng)。放射性物質(zhì)便隨風(fēng)傳播，污染下風(fēng)方向的空氣和國土。首當(dāng)其沖的是瑞典，4月28日，這個國家的東南沿海地區(qū)測到了比這個地區(qū)原有放射性強度高10倍的放射性輻射，4月29日，猛增到100倍；就在同一日，放射性物質(zhì)也光臨了芬蘭、丹麥和挪威，4月29日芬蘭南部的放射性強度為原有放射性強度的10倍，丹麥為4倍，挪威的首都奧斯陸為2倍；波蘭、羅馬尼亞、原南斯拉夫、原西德、原捷克、奧地利、意大利和比利時都測到了來自切爾諾貝利的不速之客；日本用飛機對大氣進行監(jiān)測也發(fā)現(xiàn)了它們的蹤跡，甚至美國也監(jiān)測到了來自切爾諾貝利的放射性污染。我國廣大環(huán)境監(jiān)測工作者，不辭辛苦。收集空氣、水、雨水、蔬菜、牛奶等進行測定，甚至對動物進行解剖，發(fā)現(xiàn)絕大部分地區(qū)也受到切爾諾貝利泄出的放射性物質(zhì)的污染。所幸的是基輔上空的東風(fēng)首先把放射性物質(zhì)吹到歐洲，幾天后再吹來我國，到達我國的放射性物質(zhì)已經(jīng)不多了。所以，在我國絕大部分地區(qū)的放射性強度都在安全標(biāo)準(zhǔn)以下，對環(huán)境基本上未產(chǎn)生影響，放射性強度增高的持續(xù)時間不算長，大概為20天至一個月，最多不過40～60天就恢復(fù)了平時的狀況。環(huán)境監(jiān)測人員還對我國國際國內(nèi)航班飛機上的灰塵進行了分析，在飛機的表面都發(fā)現(xiàn)了有不同程度的污染，特別是飛行于北京——倫敦國際航線上的飛機，表面的污染程度比國內(nèi)航線上的飛機高出100～400倍。據(jù)有的材料表明，到1989年12月為止，核電站釋放出的一種叫銫－137（¹³⁷Cs）的放射性物質(zhì)，在前蘇聯(lián)境內(nèi)污染程度達到5居里/平方千米以上的，俄羅斯達725 000公頃，烏克蘭達377 500公頃，白俄羅斯達到1 347 200公頃。十分明顯，核事故引起的環(huán)境污染十分嚴(yán)重，戰(zhàn)爭中一旦發(fā)生相同等級的核次生災(zāi)害，引起的環(huán)境污染，至少是一致的。

為了事故的應(yīng)急救援，前蘇聯(lián)政府投入了相當(dāng)大的人力，單是軍隊，出動人數(shù)達1萬人以上，包括化學(xué)兵、空軍、工兵、通訊兵、運輸兵、衛(wèi)生兵等，負(fù)責(zé)放射性監(jiān)測、污染洗消、消除、滅火、偵察、取樣、運輸、疏散、搶救人員、保障指揮、設(shè)置臨時通路等等一系列工作，工作量是十分巨大的。

核事故引起環(huán)境污染的后果還反映在人們的心理上和造成很大的社會影響方面，這里就不一一列舉了。

切爾諾貝利核事故僅僅是發(fā)生在和平時期，不管怎樣，在這段時間，各級政府有條件以極大的精力和物資條件來處置發(fā)生的各種情況，并有大量的軍隊投入救援，可以比較快地控制污染環(huán)境以及控制由此而引起的其他后果發(fā)展，從而轉(zhuǎn)入正常的社會秩序。如果戰(zhàn)爭中發(fā)生核次生災(zāi)害，即使是同等的事故等級，即使一切物資、設(shè)備、人員由參加戰(zhàn)爭的各種工作轉(zhuǎn)到救援核次生災(zāi)害方面來，在轉(zhuǎn)變時間、組織準(zhǔn)備、經(jīng)濟、設(shè)備（救護、醫(yī)療、運輸、偵察……）方面必然存在許多問題，更不可能有那么多軍隊投入救援。可以想象，其對環(huán)境污染、群眾健康、社會秩序乃至工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的恢復(fù)等等許多方面將會有更嚴(yán)重的影響。

你知道嗎？

“九五”期間，核技術(shù)主要在200兆瓦核供熱堆工程關(guān)鍵驗證試驗研究、核電仿真技術(shù)和同位素與輻射技術(shù)的研究方面進行了攻關(guān)，取得了很大的進展。

200兆瓦核供熱堆工程關(guān)鍵驗證試驗研究，解決了一系列與核安全相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，證明了200兆瓦核供熱堆設(shè)計的合理性和安全可靠性，從而為第一座商用示范堆的建設(shè)和安全可靠運行打下了堅實的基礎(chǔ)。核電仿真技術(shù)是核電技術(shù)的重要組成部分，模擬機是核電廠培訓(xùn)和考核操作人員的主要工具，也是運行分析與研究、操作規(guī)程制定與驗證的基本手段。以設(shè)計、建造中的我國秦山第二核電廠600兆瓦核電機組為參考電站，首次開發(fā)成功600兆瓦核電機組全范圍模擬機，技術(shù)性能指標(biāo)和質(zhì)量均達到同類進口產(chǎn)品的水平，為國家節(jié)省外匯1000多萬美元以上。我國同位素與輻射技術(shù)經(jīng)過二十年的科技攻關(guān)已初步形成較為完整的體系，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到年產(chǎn)值超過200億元，總體已接近當(dāng)今國際水平，某些技術(shù)已達到國際先進水平。

“九五”攻關(guān)中共取得32項科技成果，申請專利22項，批準(zhǔn)8項（其中有一項母專利），開發(fā)新產(chǎn)品69個，獲得新工藝67項，取得新材料21種，推廣成果13個，建立了5條生產(chǎn)線、3個中試基地和2個生產(chǎn)基地，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益3.5億元/年，間接經(jīng)濟效益將達到80億元/年。在核無損檢測技術(shù)與裝備方面，由國家重點支持的“鈷－60大型集裝箱檢測技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化研究”專題堅持走“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的路子，在四年的時間里，建成了具備年產(chǎn)10套檢測裝備能力的探測器車間和總裝調(diào)試基地，并通過ISO9001的認(rèn)證，已完全具備了批量生產(chǎn)或出口鈷－60集裝箱檢測系統(tǒng)的能力。到目前為止，海關(guān)已訂貨48套，累計創(chuàng)產(chǎn)值4億元。僅在福建馬尾海關(guān)運行的一年時間里便查出23起走私大案，總案值超過千萬元。該成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。在輻射高分子材料研究方面，“九五”期間建立了年產(chǎn)1000噸的母料生產(chǎn)基地，采用十幾種新工藝，開發(fā)出30多種新型高分子材料和新產(chǎn)品。尤其在開發(fā)輻射交聯(lián)法制備超細全硫化粉末橡膠方面取得重大突破，已申請了制備技術(shù)的“母專利”。由母專利派生的子專利多達30余項?，F(xiàn)已申請中國專利9項，美國專利1項，國際PCT專利1項，制備了一噸粉末橡膠，并生產(chǎn)出20余噸粉末橡膠增韌尼龍（用于一次性電表箱的制造）。同位素輻射誘變技術(shù)在我國一直處于國際領(lǐng)先水平，利用該技術(shù)選育的品種由于具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)等突出特點，其中通過審定的21個突變品種（組合），已新增糧食54.5億公斤，綜合經(jīng)濟效益達68.2億元。另外，育成品種的科研單位為繁種基地提供了原原種或原種，創(chuàng)直接經(jīng)濟效益460萬元。目前，通過“九五”攻關(guān)，我國同位素與輻射技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，這項高新技術(shù)已開始造福于人類。能源是一個國家國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)之一。核能作為一種漸趨成熟的能源形式，具有得天獨厚的優(yōu)越性，它利用地下蘊藏豐富的放射性鈾同位素的裂變反應(yīng)所產(chǎn)生的巨大能量來發(fā)電，具有能量密度大，且對環(huán)境破壞小的優(yōu)點。理論上說，1公斤的鈾完全裂變所釋放出的裂變能，大約相當(dāng)于2500噸煤或2000噸的石油燃燒時所釋放出的能量。隨著世界各國環(huán)境意識的加強，核能在減少溫室氣體的排放上的重要作用正在逐步被認(rèn)識到。相信在21世紀(jì)，核能作為一種必不可少的能源形式必將得到更廣泛的應(yīng)用，從而更好地造福于人類。

專題研討

讓海水獻出核燃料——氘、氚、鈾資源

核能的利用是人類未來能源的希望所在。從目前的科學(xué)技術(shù)水平看，人們開發(fā)核能的途徑有兩條:一是重元素的裂變，如鈾；二是輕元素的聚變，如氘、氚。重元素的裂變技術(shù)，己得到實際應(yīng)用；輕元素聚變技術(shù)，正在積極研制之中。不論是在核裂變反應(yīng)的重元素鈾，還是核聚變反應(yīng)的輕元素氘、氚，在世界大洋中的儲藏量都是巨大的。

對于鈾，采用人工方法轟擊鈾的原子核，使之分裂，可以釋放出驚人的巨大能量。例如，1公斤鈾裂變時釋放的能量，相當(dāng)于2500噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒時放出的全部熱能?？梢?，鈾核裂變能是一種巨大的能源，這就是人們常說的原子能發(fā)電。迄今為止，全世界已建成的原子能電站和正在建設(shè)的約有上千座。隨著原子能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，對燃料鈾的需要量也在不斷增加。然而，陸地上鈾的儲藏量并不豐富，較適于開采的只有100萬噸，加上低品位鈾礦及其副產(chǎn)鈾化物，總量也不超過503萬噸。按目前的消耗量，只夠開采幾十年。可是，海水中溶解的鈾的數(shù)量可達45億噸，超過陸地儲量的幾千倍，若全部收集起來，可保證人類幾萬年的能源需要，不過，海水中含鈾的濃度很低，1000噸海水只含有3克鈾。這就是說，只有先把鈾從海水中提取出來，才有可能加以應(yīng)用。當(dāng)然，要從海水中提取鈾，從技術(shù)上講是件十分困難的事情，需要處理大量海水，技術(shù)工藝十分復(fù)雜。但是，人們已經(jīng)試驗了很多種海水提鈾的辦法，如吸附法、共沉法、氣泡分離法以及藻類生物濃縮法等。

氘和氚都是氫的同位素。在一定條件下，它們的原子核可以互相碰撞而聚合成一種較重的原子核——氦核，同時把核中貯存的巨大能量（核能）釋放出來。一個碳原子完全燃燒生成二氧化碳時，只放出4電子伏特的能量，而氘－氚反應(yīng)時能放出400萬電子伏特的能量。據(jù)計算，1公斤氘，至少可以抵得上4公斤鈾或1萬噸優(yōu)質(zhì)煤。海水中氘的含量為十萬分之三，即1升海水中含有0.03克氘。這0.03克氘聚變時釋放出來的能量等于30升汽油燃燒的能量，因此，人們用1升海水＝30升汽油這樣的等式來形容海洋中核聚變?nèi)剂蟽Σ氐呢S富。人們已經(jīng)知道，海水的總體積為13.7億立方公里，所以海水中總共含有幾億億公斤的氘。這些氘的聚變能量，足以保證人類上百億年的能源消費。而且，氘的提取方法簡便，成本較低，核聚變堆的運行也是十分安全的。因此，以海水中的氘、氚的核聚變能解決人類未來的能源需要，將展示出最好的前景。

氘－氚的核聚變反應(yīng)，需要在幾千萬度，以致上億度的高溫條件下進行。目前，這樣的反應(yīng)，已經(jīng)在氫彈爆炸過程中得以實現(xiàn)。用于生產(chǎn)目的的受控?zé)岷司圩冊诩夹g(shù)上還有許多難題。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，這些難題都是能夠解決的。1991年11月9日，由14個歐洲國家合資，在歐洲聯(lián)合環(huán)型核裂變裝置上，成功地進行了首次氘－氚受控核聚變試驗，反應(yīng)時發(fā)出了1.8兆瓦電力的聚變能量，持續(xù)時間為2秒，溫度高達3億度，比太陽內(nèi)部的溫度還高20倍。核聚變比核裂變產(chǎn)生的能量效應(yīng)要高達600倍，比煤高1000萬倍。

因此，科學(xué)家們認(rèn)為，氘－氚受控核聚變的試驗成功，是人類開發(fā)新能源歷程中的一個里程碑。在本世紀(jì)，核聚變技術(shù)和海洋氘、氚提取技術(shù)將會有重大突破。這兩項技術(shù)的發(fā)展與成熟，對整個人類社會將產(chǎn)生重大的影響。

學(xué)習(xí)與思考

①你了解到核能都有何種用途。

②核能開發(fā)和利用對環(huán)境有什么影響。

③通過書籍、網(wǎng)絡(luò)查詢有關(guān)中國核工業(yè)的發(fā)展情況。

閱讀材料

核能產(chǎn)生的基本原理

現(xiàn)在的核電站，主要利用反應(yīng)堆中鈾等放射性元素裂變時釋放的熱量來產(chǎn)生蒸汽進行發(fā)電。

裂變是指核素分裂為較小的部分，只有很少的幾種元素能夠發(fā)生裂變。當(dāng)一種核素分裂時，會產(chǎn)生兩個較小的原子，它們被稱為裂變產(chǎn)物。裂變時釋放出大量的能量，同時也從核素中釋放出2個或3個中子。

核反應(yīng)堆常常用鈾的兩種同位素:²³⁵ U、²³⁸ U，其中后者比前者多3個中子。²³⁵ U能夠裂變，²³⁸ U則極少裂變。在核電廠，從一個已經(jīng)分裂的原子中出來的中子撞擊另一個鈾原子，并使它形成為兩個新的原子。（圖a）。

新產(chǎn)生的兩個原子的質(zhì)量之和略低于原來的原子，失去的那部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為熱能形式的能量而釋放。同時釋放出來的2～3個中子可分裂其他鈾原子，從而使裂變的鏈反應(yīng)繼續(xù)進行（圖b）。

反應(yīng)堆的堆芯部分裝有鈾燃料，它們被做成陶瓷小柱，其直徑約為1厘米。長度約長1.25厘米（圖c），每個小柱釋放的能量約相當(dāng)于1噸煤產(chǎn)生的能量。

圖a　核的裂變

圖b　裂變的鏈反應(yīng)

圖c　單個小柱狀的核燃料

反應(yīng)堆堆芯的裂變反應(yīng)速度受以下兩種工具控制:

（1）控制棒:含有可吸收中子的物質(zhì)?？刂婆踅等敕磻?yīng)堆堆芯時可以減慢鏈反應(yīng)的速度。反之，在控制棒上提移出堆芯時，裂變加強，產(chǎn)生更多的熱量。

（2）減速劑:通常是純凈水，能減緩中子的速度。中子吸收劑（常用硼），往往被加入到減速劑中以提高其效能。

在核電廠，冷卻劑的作用是避免反應(yīng)堆的巖芯過熱，它還能將熱量從反應(yīng)堆帶到蒸汽發(fā)生器。假如冷卻劑停止通過反應(yīng)堆的巖芯，那么由裂變產(chǎn)物放射性蛻變所產(chǎn)生的熱量會很快造成過熱，并使燃料熔化。如果這種情況不及時校正，就可能導(dǎo)致反應(yīng)堆的外殼壁損壞（熔化），造成放射性泄漏。

在核電廠，利用反應(yīng)堆內(nèi)核燃料中的原子裂變所產(chǎn)生的能量，可以產(chǎn)生蒸汽，蒸汽驅(qū)動渦輪機，從而使發(fā)電機發(fā)電。