关于核能的认识或资料

【专家解说】：一、二十世纪的核能之光 1942年12月2日，在美国芝加哥大学体育场西看台底下的一个网球厅内，著名科学家恩里科·费米领导一批科学家，聚精会神地操纵着一座由40吨天然铀短棒和385吨石墨砖构成的庞然大物。下午3点25分，启动运行成功。 　　这个庞然大物，就是世界上第一座人工核反应堆。虽然从反应堆发出的功率只有0．5瓦（后来达到200瓦），还不足点亮一盏灯，但其意义非同小可，它标志着人类从此进入了核能时代。 　　核能是通过原子核发生反应而释放出的巨大能量。核能包括核裂变能与核聚变能两种。目前工业上大规模应用的是核裂变能。 　　电子是19世纪末英国物理学家汤姆逊发现的，质子是1914年物理学家卢瑟福发现的，中子是英国物理学家查德威克1932年在用氦原子核（又叫α粒子）轰击铍原子发生的核反应中发现的。我国物理学家在粒子物理领域做出了重要贡献：赵忠尧发现了正反粒子湮没现象，张文裕首先观测到原子和μ介子辐射，王淦昌发现了反西格马负超子。 　　1896年，法国物理学家贝克勒尔通过大量实验，发现铀会无休止地放出看不见的神秘射线，铀所具有的这种神奇本领，就叫放射性。 　　放射性的发现，引起大科学家居里夫人的极大注意。她经过四年的苦战，终于在1902年，从几十吨沥青铀矿中提炼出了不到0．1克的另一种放射性元素镭。 天然放射性元素放出三种看不见的射线，它们是α射线，即氦原子核；β射线，即高能电子；γ射线，即高能光线。射线是可以防护的，对不同的射线可以采用不同的防护方法，例如用一张纸就可以挡住α射线。 　　在居里夫人发现镭以后不久，物理学家卢瑟福就指出，放射性元素在释放看不见的射线后，会变成别的元素，在这个过程中，原子的质量会有所减轻。那么，这些失踪了的质量到哪里去了呢？大科学家爱因斯坦1905年在提出相对论时指出，物质的质量和能量是同一事物的两种不同形式，质量可以消失，但同时会产生能量。两者之间有一定的定量关系：转化成的能量E等于损失的质量m乘以光速c的平方，E＝mc2。极小量的质量可以转化为极大的能量。当较重的原子核转变成较轻的原子核时会发生质量亏损，损失的质量转换成巨大的能量，这就是核能的本质。 　　1938年，德国科学家奥托·哈恩和他的助手斯特拉斯曼在法国科学家约里奥－居里夫人的实验基础上，发现了核裂变现象。他们发现，当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子可以分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发生亏损，因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子。这就是举世闻名的核裂变反应。在一定的条件下，新产生的中子会继续引起更多的铀原子核裂变，这样一代代传下去，像链条一样环环相扣，所以科学家将其命名为链式裂变反应。这一定的条件包括：第一，铀要达到一定的质量，叫做临界质量；第二，中子的能量要适当，一般是能量为0．025电子伏的“热中子”。 　　1946年，在法国居里实验室工作的我国科学家钱三强、何泽慧夫妇，发现了铀核的“三裂变”、“四裂变”现象，即铀原子核在中子的作用下，除了可以分裂为两个较轻的原子核外，还可以分裂为三个、甚至四个更轻的原子核，只是发生的可能性很小罢了。 　　只有铀－233、铀－235和钚－239这三种材料的原子核可以由“热中子”引起核裂变，它们称为易裂变材料，其中只有铀－235存在于自然界，铀－233、钚－239分别是由自然界中的钍－232、铀－238吸收（俘获）中子后生成的。在天然铀中，铀－235只占0．7％，剩余的99．3％几乎全是铀－238。 　　链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。如果加以人为的控制，在铀的周围放一些强烈吸收中子的“中子毒物”（主要是硼和镉），使一部分中子还没有被铀核吸收引起裂变，就先被“中子毒物”吸收了，这样就可以使核能缓慢地释放出来。实现这种过程的设备叫做核反应堆。 　　核能是20世纪出现的新能源，核科技的发展是人类科技发展史上的重大成就。核能的和平利用，对于缓解能源紧张、减轻环境污染具有重要的意义。我国十分重视核能的开发利用，在国家高技术研究发展计划（863计划）中，能源领域研制开发三种先进反应堆，它们是快中子堆、高温气冷堆、聚变－裂变混合堆。目前，核裂变能已经为人类提供了总能耗的6％。而当将来利用轻原子核的聚变反应产生的核聚变能得到工业应用后，人类将从根本上解决能源紧张的问题。核聚变能是两个轻原子核结合在一起时，由于发生质量亏损而放出的能量。核聚变的原料是海水中的氘（重氢）。早在1934年，物理学家卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克就在静电加速器上用氘－氘反应制取了氚（超重氢），首次实现了聚变反应。尽管海水里的氘只占0．015％，但由于地球上有巨大数量的海水，每升海水中所含的氘通过核聚变反应产生相当于300升汽油燃烧所放出的能量，所以可利用的核聚变材料几乎是取之不尽、用之不竭的。这些氘通过核聚变释放的聚变能，可供人类在很高的消费水平下使用50亿年。而且，核聚变能是更为清洁的能源。当前，科学家正在为此而不懈地努力。 二、我国核电现状 我国大陆正在运行的核电站有2座，总装机容量为210万千瓦，它们分别是由我国自主设计建造的秦山核电站和从法国引进的大亚湾核电站。　　 目前正在建设的核电站有4座共8台机组，总装机容量为660万千瓦。他们分别是：我国自主设计、建造的秦山二期核电站共两台机组，分别计划于2002年6月和2003年4月投入商业运行；从加拿大引进的秦山三期核电站共两台机组，分别计划于2003年2月和2003年11月投入商业运行；从法国引进岭澳核电站共两台机组，分别计划于2002年7月和2003年3月投入商业运行；从俄罗斯引进的田湾核电站共两台机组，分别计划于2004年投入商业运行。　　 到2004年，这11台核电机组全部运行时，核电将占总发电量约3％，这一数字与发达国家相比，还有较大的差距。　　 秦山一期核电站位于浙江省海盐县境内，它是我国自行设计、建造的第一座核电站，该电站于1985年3月主体工程正式开工，1991年12月15日并网发电。它的建成是我国核工业历史上一个新的里程碑，它结束了我国大陆无核电的历史。　　 秦山一期核电站属原型堆，它采用压水堆堆型，设计电功率为30万千瓦。工程总体设计及核岛工艺和主设备设计全部由国内设计院承担，核电站大部分设备由国内供货，土建及安装施工完全由国内单位承担。电站自1994年投入商业运行以来，负荷因子逐年提高，接近了国际商用核电站的水平。　　 大亚湾核电站是我国第一座成套进口的大型商用核电站，它位于广东省深圳市东部的大鹏半岛上，西南距香港市中心约50公里，西距深圳市中心约45公里，便于向粤港两个电网输送电力。　　 该电站装有两座电功率为90万千瓦的三环路压水堆核电机组，采用法国成熟的标准系列CPY型的改进型M310反应堆。1987年8月电站主体工程正式开工，1994年两台机组先后建成投产。　　 大亚湾核电站年发电量约130亿度，电力70%供香港，30%供广东，自投产以来取得了良好的社会效应和经济效益。　　 秦山二期核电站是继秦山一期核电站后，由我国自行设计、自主建造的又一座核电站。该电站设计装机容量为两台60万千瓦机组，反应堆为压水堆堆型，核岛采用两个环路，每个环路按电功率30万千瓦设计。　　 秦山二期核电站总工期为72个月，整个工程计划于2002年6月第一台机组并网发电，2003年4月第二台机组并网发电，电站设计寿命为40年。　　 秦山二期核电站于1996年6月2日正式开工，按工程网络进度，工程主线进展顺利，现在一号反应堆主厂房正全面实施安装工程，二号反应堆主厂房也已进入安装工期，调试和生产准备工作也正按计划全面展开。该电站的建成，对缓解华东地区的电力需求，优化电力结构具有一定的作用，同时为我们掌握大型压水堆核电站的设计、建设、设备制造、运营和管理技术，最终实现国产化打下了基础。　　 秦山三期核电站工程位于浙江省海盐县，与秦山一期核电站、秦山二期核电站工程毗邻，它是中加两国政府和平利用原子能的合作项目，是中国境内建造的第一座重水堆核电站，同时也是迄今为止，中加合作最大的工程项目。　　 该电站采用加拿大成熟的CANDU6核电技术，由加拿大原子能有限公司（AECL）总承包，从加拿大引进两台70万千瓦级重水堆机组。为降低造价及充分利用中方资源，中方承担了部分工作。该工程的建设周期为72个月，计划于2003年2月第一台机组投入商业运行，2003年11月第二台机组投入商业运行。　　 秦山三期核电站工程于1998年6月8日正式开工，工程进展顺利。截止到1999年底，土建工作已完成50%，250项重要设备中已有32项运抵现场，一号反应堆厂房的安装工作已逐步展开。　　 岭澳核电站距大亚湾核电站仅1公里，是广东地区继大亚湾核电之后，建设的第二座大型商业核电站。它是在大亚湾核电站基础上的改进，并加大了自主化和国产化的力度。　　 岭澳核电站主体工程于1997年5月浇筑核岛筏基第一罐混凝土，2003年3月15日全部建成投产。　　 田湾核电站位于江苏省连云港市，是我国“九五”期间重点核电工程项目之一，是根据中俄两国政府签订的协议合作建设的大型核电项目。　　 田湾核电站总装机容量为2×1060MWe，电站设计寿命40年，年平均负荷因子不低于80%，年发电量为140亿千瓦·小时。该电站选用的俄罗斯ASE-91型核电机组，是以WWER—1000/320型系列核电机组的设计、建造和运行经验为基础并吸收西方压水堆的改进技术而完成的改进型设计。　　 目前，该项目的初步设计、环境评价报告、核安全分析报告已分别通过国家主管部门的审查，并于1999年10月20日正式开工，两台机组将计划于2004年和2005年建成投产。