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????? 核能：不可或缺的替代能源

????? 核能是20世紀(jì)人類的一項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)，并已取得了十分重要的成果。1942年
12月2 日，著名科學(xué)家費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)幾十位科學(xué)家，在美國(guó)芝加哥大學(xué)啟動(dòng)成功了世
界上第一座核反應(yīng)堆，標(biāo)志著人類從此進(jìn)入了核能時(shí)代。在這以前人類利用的能
源，只涉及到物理變化和化學(xué)變化，當(dāng)核能進(jìn)入人們的生產(chǎn)和生活后，一種通過
原子核變化而產(chǎn)生的新能源從此誕生。

????? 第一座反應(yīng)堆首次啟動(dòng)時(shí)，功率僅為0.5 瓦。60年后，核能已占全世界總
能耗的6 ％。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)公布，截至2002年底，全世界共有441 臺(tái)核電機(jī)組
在運(yùn)行，2002年共生產(chǎn)電力2.574 萬(wàn)億千瓦小時(shí)，約占當(dāng)年世界總發(fā)電量的17％。
其中，核發(fā)電量占本國(guó)總發(fā)電量比例最高的國(guó)家是立陶宛，達(dá)到80％，其次是法
國(guó)，達(dá)到79％。

????? 當(dāng)前，世界上的主要能源是煤、石油、天然氣這些化石燃料，化石燃料不
是可再生能源，用掉一點(diǎn)兒就少一點(diǎn)兒。燃燒化石燃料向大氣排放大量的“溫室
氣體”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物，并排放大量的煙塵，這些
有害的物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。核能不產(chǎn)生這些有害物質(zhì)。1987年，世界
衛(wèi)生組織總干事布倫特蘭領(lǐng)導(dǎo)的世界環(huán)境和發(fā)展委員會(huì)提出了“可持續(xù)發(fā)展”的
概念，就是“既滿足當(dāng)代人的需求，又不危及后代人滿足其需求的發(fā)展”。為了
實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類迫切地需要新的替代能源。目前唯一達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以
大規(guī)模替代化石燃料的能源，就是核能。

????? 核能分為核裂變能和核聚變能兩種。核裂變能是通過一些重原子核發(fā)生
“鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)”釋放出的能量，核聚變能是由兩個(gè)輕原子核結(jié)合在一起釋放出
的能量。迄今達(dá)到工業(yè)應(yīng)用規(guī)模的核能只有核裂變能。核聚變又叫“熱核反應(yīng)”。
氫的同位素氘（H ，重氫）是主要的核聚變材料。氘以重水的形式存在于海水中。
氘的含量占?xì)涞?.015 ％。1 升海水中的氘通過核聚變釋放出的能量相當(dāng)于300
升汽油燃燒釋放出的能量。全世界海水中所含的氘通過核聚變釋放的聚變能，可
供人類在很高的消費(fèi)水平下使用50億年。2002年12月2 日，我國(guó)新一代受控核聚
變研究裝置———核工業(yè)西南物理研究院的中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A 裝置建成并舉行開
機(jī)儀式，為我國(guó)進(jìn)一步參與核聚變研究的國(guó)際合作創(chuàng)造了條件。

????? 核能問世的準(zhǔn)備時(shí)期，可以追溯到19世紀(jì)末至20世紀(jì)初。19世紀(jì)末，英國(guó)
物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子。1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X 射線。1896年，
法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性。1898年，居里夫人發(fā)現(xiàn)新的放射性元素釙。
1902年，她經(jīng)過4 年的艱苦努力又發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳。1905年，愛因斯坦提出
質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E ＝mC2 （C 為光速，E 為能量，m 為轉(zhuǎn)換成能量的質(zhì)量）。1914
年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)，確定氫原子核是一個(gè)正電荷單元，稱為質(zhì)子。
1932年，英國(guó)物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1938年，德國(guó)科學(xué)家奧托？哈恩和
他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。

????? 有些元素可以自發(fā)地放出射線，這些元素叫做放射性元素。放射性元素可
以放出三種看不見的射線。一種是α射線，就是氦原子核。一種是β射線，就是
高速電子。一種是γ射線，就是高能光線。其中γ射線的穿透能力最強(qiáng)。

????? 當(dāng)中子撞擊鈾原子核時(shí)，一個(gè)鈾核吸收了一個(gè)中子而分裂成兩個(gè)較輕的原
子核，同時(shí)發(fā)生質(zhì)能轉(zhuǎn)換，放出很大的能量，并產(chǎn)生2 個(gè)或3 個(gè)中子，這就是舉
世聞名的核裂變反應(yīng)。

????? 在一定的條件下，新產(chǎn)生的中子會(huì)繼續(xù)引起更多的鈾原子核裂變，這樣一
代代傳下去，像鏈條一樣環(huán)環(huán)相扣，所以科學(xué)家將其命名為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。1946
年，在法國(guó)居里實(shí)驗(yàn)室工作的我國(guó)科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧夫婦發(fā)現(xiàn)了鈾原子核的
“三裂變”、“四裂變”現(xiàn)象。

????? 鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)釋放出巨大的核能，1 千克鈾－235 裂變釋放出的能量，相
當(dāng)于2500噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的能量。只有鈾－233 、鈾－235 和钚－239 這三種
核素可以由能量為0.025 電子伏的熱中子引起核裂變。它們都是核燃料，其中只
有鈾－235 是天然存在的，而鈾－233 、钚－239 是在反應(yīng)堆中人工生產(chǎn)出來(lái)的。
鈾－235 在天然鈾中的含量?jī)H為0.7 ％。

????? 反應(yīng)堆是通過受控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)將核能緩慢地釋放出來(lái)的裝置，是和平
利用核能的最主要的設(shè)施。反應(yīng)堆的種類繁多，一般是根據(jù)用途分為動(dòng)力堆、生
產(chǎn)堆和研究堆。動(dòng)力堆是利用核裂變釋放的能量來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力，進(jìn)行發(fā)電、供熱、
推動(dòng)船艦等。生產(chǎn)堆是利用中子生產(chǎn)新的核燃料。研究堆是利用中子進(jìn)行基礎(chǔ)科
學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的研究?！　榱藢?shí)現(xiàn)核能的進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)前世界許多國(guó)家的核
科學(xué)家正在研究與發(fā)展先進(jìn)的核反應(yīng)堆，進(jìn)一步提高反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
我國(guó)“863 ”計(jì)劃正在研發(fā)兩種先進(jìn)反應(yīng)堆。一種是由清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研
究院承擔(dān)的10兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆。高溫氣冷堆具有安全性好（不會(huì)對(duì)廠外公眾
造成危害）、發(fā)電效率高（蒸汽發(fā)電效率38％~40 ％，氦氣透平發(fā)電45％~47 ％）、
用途廣（可進(jìn)行煤的汽化和液化、制氫等）的優(yōu)點(diǎn)。該反應(yīng)堆已于2003年1 月29
日達(dá)到滿功率并網(wǎng)發(fā)電。另一種是由中國(guó)原子能科學(xué)研究院承擔(dān)的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆。
快中子反應(yīng)堆的主要優(yōu)點(diǎn)是可大大提高鈾資源的利用率，從目前輕水堆的1 ％左
右提高到60％至70％。該反應(yīng)堆正在建造，其主廠房已于2002年8 月15日封頂。