原子能技术的发展，原子能的两种利用方式

第四节　原子能技术

原子能的利用是第二次世界大战的产物，德国希特勒驱逐犹太人，科学家爱因斯坦被迫逃亡美国后，便将德国法西斯企图用重水制造原子弹的消息告诉了美国总统罗斯福。爱因斯坦认为原子武器一旦生产出来就会对战争胜负起很大作用，他向罗斯福建议美国应该用重金属铀来赶制原子弹，在时间上会赶在德国的前头。美国采纳了爱因斯坦的建议就形成了著名的曼哈顿计划，当时一共设计出了六个可行性方案，在竞选最佳方案中相持不下，罗斯福为了提高成功率和生产速度，便决定六个方案同时进行，首先造出了三个原子弹，一个送到广岛，一个送到长崎，最后一个留给东京。这一系列的科学决策，无疑成了科学技术史上创造性思维的佳话。在常规决策中六种方案同时进行的先例几乎是没有的。

核能又称原子能。在实用上指重元素的原子核分裂反应（裂变）时和轻元素的原子核发生聚合反应（聚变）时所释放的巨大能量。核能是目前唯一现实的、可大规模替代化石燃料的能源；因为我国液态燃料供应也面临长期短缺的局面，能源供应又将会长期以煤为主。

自然界存在的重金属元素铀有三种同位素：铀—238，铀—235，铀—234，其含量分别为99．28%，0．71%，0．0058%。

铀—235是裂变同位素，用中子轰击其原子核时，会发生裂变，吸收一个中子，分裂成两个质量较小的原子核，同时又产生2—3个中子，并释放出200兆电子伏的能量，以及β，y射线。这种反应可以链式进行下去，释放出来的中子再轰击另一个铀核……1公斤铀裂变释放的能量约等于2700吨标准煤全部燃烧所释放的能量（500个火车箱煤）。利于原子能的关键问题是控制装置。

核裂变是可控的。核电站就是用它来发电的装置，其核心是反应堆，可实现核能——热能的转换。热能由一个回路系统的冷却剂带出去，用以产生蒸汽，称为蒸汽供应系统，也称核岛。它相当于常规火电厂的锅炉系统，由蒸汽来驱动汽轮发电机组发电的二回路同于火电站。

核反应大体上有两种，目前大量运行的是热中子反应堆（快中子反应堆不多）。慢化剂目前用的是水、重水或石墨。堆内有载热量的冷却剂，也是水、重水、氦等。

热中子堆有好几种类型：轻水堆（用轻水作慢化剂和冷却剂）、重水堆（用重水作慢化剂和冷却剂）、石墨气冷堆、石墨水冷堆，等等。目前以轻水堆居多，我国第一代核电站是压水堆。

核反应堆的起动、停堆、功率控制依靠控制棒。它由硼、镉材料制成，对中子有很强的吸收能力。(www.xing528.com)

为防止放射性产物外逸，核电站设有三道屏障来防止泄漏。一是燃料包壳，它用锆合金管密封着核燃料芯块；二是压力壳，它是反应堆冷却剂的压力边界，壁厚200毫米，直径3．9米，高12米，它保证在燃料包壳密封万一破坏时，放射性物质漏入水中，但仍然能密封在一回路系统中，主泵和蒸汽发生器都各有特殊的密封装置。

安全壳是第三道屏障，它是一个顶部为半球形的圆柱预应力钢筋混凝土建筑物，内径37米，高60米，壁厚0．9米，内衬一层6毫米厚的钢板。它有良好的密封性，能承受极限事故引起的内压和温度剧增，也能承受外部的龙卷风、地震等自然灾害。当发生极限事故时安全壳也能把放射物包容在内，保证向环境释放的放射性物质在允许的限度内。

此外，核电站还有一系列纵深的防御措施，有确保安全的多重工程措施。这些设置用的材料选择和造型设计都反映了匠心精巧的创造性思维，试图做到天衣无缝、万无一失。但是，1986年4月26日原苏联切尔诺贝利核电站发生了放射物质外泄。这是空前严重事故，原因有二：一是石墨砌体，温度高达700℃，易燃；二是该堆没有安全壳，少个第三层屏障，造成31名核电站工作人员死亡。

我国的原子能技术是自力更生创造出来的。在50年代，不仅美国的原子能技术保密，苏联也同样，特别控制核裂变的装置和材质及其工艺技术，都是各国的绝密资料，中国的第一颗原子弹在1964年试验成功，完全是土法上马，从反复实践中摸索出来的经验结晶，其中的创造性思维之艰难是可想而知的。

原子能有两种利用方式：一种是重元素的原子核裂变，原子弹即属此类；另一种是轻元素的原子核聚变，氢弹就是属于这一类反应，叫热核反应。

核聚变是两个以上的较轻的原子核，例如：氢的两种同位素，氘和氚，在超高温条件下聚合成一个较重的原子核，例如氦，同时释放出巨大能量。由于这种反应必须在1—5亿℃下进行，故称热核反应，据计算，1公斤核聚变燃料放出的能量为核裂变的4倍。

海洋中有23万亿吨氘，每公斤海水中有0．034克氘，足够人类用几十亿年。

由于聚变的点火温度太高，所以，氢弹的爆炸就是利用原子单（核裂变）作引信，两次爆炸。聚变能目前尚处于研究阶段，离实用尚有一段距离。即使裂变的原子能也没有形成普及性的常规能源技术。