核能：清洁、高效、安全的能源选择

核能是指原子核通过核聚变、核裂变或放射性核衰变释放出来的能量。核能问世之后，人类开始利用核能发电，核能走进了人们的生活。在一些国家，核能已成为主要的电力能源，如在法国，核电占全国发电总量的75%以上。世界上各国核电站的建设、运行经验表明，核电的发电成本比煤电还低，可以说核电是一种经济、安全、可靠、清洁的新能源。自1980年后法国核电的发电量逐年增加，硫氧化物的排放明显减少，大气中尘埃量也明显减少，空气质量得到显著改善。

核电站是利用原子内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站。核电站由核岛和常规岛两部分组成（见图2.27），其中，核岛是利用核能生产蒸汽，它包括反应堆装置和回路系统；常规岛是利用蒸汽发电的部分，它主要包括汽轮发电机系统。铀-235是核电站所用的核燃料，铀-235制成的核燃料在“反应堆”内裂变反应产生大量热能，一般每千克铀-235裂变所释放的能量相当于燃烧2 700 t的优质煤释放的能量。裂变反应产生的大量热能用高压水带出，并在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽又推动汽轮机带动发电机产生电能，这就是普通压水反应堆核电站的工作原理。

图2.27　核电站的结构图

相比较其他形式的能源，核电的特点如下：

①核电是安全的。核反应堆使用的铀一般是低浓缩的铀，浓度约为3%。对反应堆的所有设计都是为了实现可控、连续的裂变反应，这与核弹所用的高浓缩铀（铀-235含量在90%以上）所进行的非受控裂变反应完全不同。当核电站中的反应堆功率过高时，可以通过反应堆中可靠的安全控制系统实现迅速停机。同时，核反应堆还配备冷却系统，以确保正常工作条件下或事故发生时能将核燃料产生的热量带走，避免烧毁元件。核电站绝对不会发生像核弹那样的无控爆炸，只要正常操作和正确运行核电站就是安全的。

当然，核电的安全使用最关键的还是避免和防止放射性物质泄漏，放射性物质的泄漏会对环境或生物造成严重的危害。核电站一般建有四道防辐射屏障，第一道是抗辐射固体芯块，它用来包容绝大部分裂变产物；第二道是密封燃料包壳，它用来实现对核燃料芯块和放射性裂变产物的密封；第三道是压力容器，该压力容器非常坚固，是由20多厘米厚的钢制成；第四道是安全壳，该安全壳高60～70 m，壁厚为1 m的钢筋混凝土，其内表面还有6 mm的钢衬。

一般情况下，核电事故不是核电技术的问题，而主要是人为造成的。随着核电技术的不断发展与完善，核电站的操作和运行也会更加简便，其安全水平也会越来越高。另外，人体对一定程度的放射性损伤有自然抵抗和恢复能力。研究表明，人体一次能够耐受0.25 Sv的集中照射而不致损伤。为了保障工作人员和周边居民的身体健康，国家对放射性辐射作了特别严格的规定，制订了严格的限值，对从事放射性工作的人员来说，每年遭受的辐射量不超过0.05 Sv，而对于核设施周围的居民来说，每年遭受的辐射量不得超过0.001 Sv。中国核工业集团公司核电站管理规定对周围居民的照射不得超过0.000 25 Sv/a。由此可知，核电站对人体造成辐射的实际剂量比国家规定值还要小很多。(www.xing528.com)

②核电是清洁的。核电站主要是用原子裂变产生的核能，这种形式的核能仅产生少量的辐射，在正常操作和运转的情况下，少量辐射对周围环境影响很小。实际上，人体受到的辐射中有76%是来自宇宙射线，有20%是来自周围环境中的放射性物质所产生的辐射，另外有4%来自医疗辐射，而来自核辐射的不到1%。核聚变获取的能源形式也是较为理想的，它用的原料主要是海洋中存在的大量氘，其聚变产物是非常清洁的氢元素，可以认为核聚变对环境是友好的、无伤害的。将来若受控热核聚变能够实现，核能可以长期为人类的生存和发展提供稳定的能源。核能作为一种清洁的能源，若能科学、安全地发展并增加核能的利用规模，有望在一定程度上解决目前全球面临的环境压力，实现人类社会的可持续发展。

③核能是经济的。核电站作为高能量、低消耗的电站，能以较少的核燃料获得巨大的能量。若铀-235每次衰变产生的能量以190 MeV（实际超过此值）计，3 000 MW的核电站运行一天共需铀-235约3 300 g。而同样发电能力的火电站则需要热值为27.42 MJ的优质煤9 600 t。由此可知，核电站运行所需的原料少，运输成本低，对石油、煤、天然气和水资源缺乏的地区，核电具有不可替代的优势。现在，日本、法国和美国的核电成本已经低于煤、油的发电成本，法国甚至达到了1∶4的水平。

④核能是耐用的。核能利用的铀-235仅占天然铀的0.7%，绝大多数的铀-238并没有得到利用。铀-238容易吸收快中子而再生为新的核燃料钚-239。钚-239可以作为原料制造无须慢化剂就可直接利用快中子维持链式裂变反应的快中子反应堆。反应机理为钚-239吸收一个快中子产生2.45个快中子，其中一个快中子与另外的钚-239反应，剩下的1.45个快中子则与铀-238反应生成新的钚-239，进而实现钚-239的增殖，这就是所谓的快中子增殖反应堆。按照这个思路，铀矿资源的利用率可以提高60%～70%，即便按照现在的核燃料使用速度，现存铀矿可以使用2 000年。

核工业在我国已有50多年的发展历史，现在我国拥有一支专业齐全、技术过硬的核技术开发队伍，并建设形成了以铀资源地质勘查、采矿、元器件加工、后处理等组成的完整的核燃料循环体系，已成功建成多类型的核反应堆，并有多年的安全管理和运行经验，且能够自主设计、建造和运行自己的核电站。浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站、江苏田湾核电站、广东岭澳核电站等是目前我国投入商业运行的核电站。核电作为安全、清洁、高效的能源，是我国增加能源供应、优化能源结构、应对环境污染和气候变化的重要选择。国家推行“积极推进核电建设”的能源政策，预计到2020年我国的核电规模可达到一亿千瓦。

当然，核电在发展过程中也存在各种各样的问题，一方面，人类需要发展核能；另一方面，目前，没有任何国家找到能安全、永久处理高放射性核废料的办法。自核能发电以来的50多年中，核电提供的电力约占全球电力的18%，并获得了巨大的经济效益，但也发生了20多起重大核事故。如1986年4月26日，乌克兰的切尔诺贝利核电站的4号反应堆起火燃烧，引发重大事故，致使整个反应堆浸泡在水里。由于缺乏严格的安全防范措施，致使大量放射性物质泄漏，据官方统计，6 000～8 000名乌克兰人死于这场核泄漏引发的核辐射中，更为严重的是附近居民的正常生活受到长期的严重影响。位于切尔诺贝利西部的奥夫鲁奇地区曾是田园诗画般的家园，而这场核事故却给这里的居民带来了一场无尽无休的灾难，居民特别是儿童患病、死亡率攀升、动植物畸形严重，事故的遗患严重影响了居民的正常生活，并成为该地区人们生活的一部分，恐惧的氛围终日笼罩在居民心头。1994—1998年，日本共计发生了115起大小不同的核事故。即便在核电建设方面领先的法国，也在建成著名的超级凤凰核电站（SPX）后，大小事故不断，迫使该电站仅运行了10个月就关闭。

另外，核废料的处理也是人们亟待解决的一大难题。目前，各国大都采用临时浅部掩埋的措施。某些发达国家甚至将灾难转移，把大量有毒核废料运往贫穷国家。利用深部岩石洞室作为核废料永久储存库方面，科学家们虽为之奋斗了几十年，迄今并未得到圆满解决。核泄漏不能完全避免的问题已引起了全球的关注。由于世界各界人士的强烈抗议和技术方面的原因，使某些核电生产大国在选择永久存放核废料场地时陷于困境。

为实现我国能源的可持续发展，在核电建设和利用方面，需全面通盘考虑，慎重决定，并综合国际正反两方面的经验教训。展望未来，人类需要且会继续利用核能，并继续加强对核聚变、核废料处理等前沿课题的研究。