解析如何正确看待核能.doc

解析如何正确看待核能摘要：2011年3月11日，日本本州东海岸附近海域发生了9.0级地震，并引发海啸，并造成的核泄漏事故给环境以及人类的健康带来了深重的伤害，也给不少的民众带来了一定的心理阴影和对核能应用的抵触。本文希望通过能够较详尽且通俗的解释有关核的知识，从而使大家能够正确看待核能的应用。什么是核能：核能即原子能，它是原子结构发生变化而释放的能量。通常的化学反应，仅涉及原子与原子之间相互结合关系的变化，而原子核不发生变化。在原子核反应中，原子核的组成部分(中子和质子)的相互关系发生变化。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。由于这些粒子之间结合的紧密程度，远远大于原子间结合的紧密程度，因此核反应中的能量变化比化学反应大几百万倍。如，1公斤铀235裂变释放能量相当于234万公斤标准煤燃烧释放能量，相当于16万公斤石油燃烧释放能量。核裂变，又称核分裂是指由重的原子，主要是指铀或鈈，分裂成较轻的原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站的能量来源都是核裂变。核聚变，又称核融合。是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。 目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。目前人类已较熟练掌握的核反应是核裂变。核能的应用：如此巨大的核能可以用来制造军事上的杀伤性武器（原子弹、氢弹），但在更人道的做法是用核能来造福人类，最新的应用就是核能发电。核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16。世界上第一座核电站苏联奥布宁斯克核电站。 中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设计建造的30万千瓦（电）秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。核能发电利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所有需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。 1954年，世界上第一座核电站在原苏联建成，从而开创了人类和平利用核能的新纪元。据统计，到1989年底，在世界27个国家和地区中正在运行的核电反应堆达到434座，其中美国最多，有111座。现在世界上正在建造的核电反应堆有90多座。目前，核电已占世界发电量的17。我们生活的地球上，核能资源非常丰富，可作裂变燃料的铀和可转化为核燃料的铁储量很大，相当于化石燃料总能量的10万倍以上。按照现在全世界能量消耗水平计算，可用上万年以上。轻核聚变产生的能量更为惊人，在海水中的抗达1亿吨，可供人类使用1000亿年。核发电的优缺点由于日本核电站的这次泄漏以及世界历史上层出现过多次的和泄漏事故的伤亡以及对环境的破坏， 也许有人会抱怨既然核电站会带来如此巨大的危害，那为什么还要利用核发电呢？要利用核发电是因为它的优点：1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。 2.现在温室效应问题受到广泛关注，核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 3.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存 都很方便。举例说明，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。4.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影 响，故发电成本较其他发电方法为稳定。 然而让人们纠结的是它的缺点： 1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境中，故核能电厂的热污染较严重。 3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。核电安全：人们更多担心的是核电站是否安全。解决核电站的安全，主要考察以下两个方面。一、目前要用反应堆产生核能,需要解决以下10个问题： 1.为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。 2.链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。 3.裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。 4.裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。 5.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 6.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。 7.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 8.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 9.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 10.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。二、核能发电时存在大量放射性物质，需要特殊的防护设施。因此，核电站在设计、建造、运行时，要注意以下5个问题。 1.实施纵深设防原则即在设计时就分三个层次进行安全设防：第一，通过设计逾度、质量管理、运行人员培训等措施提高可靠性，尽量减少事故。第二，设置安全系统，一旦事故发生，防止堆心损坏。第三，在发生概率极低的堆心损坏事故后，安全系统将尽量限制放射性物质向环境释放。 2.设计基准事故(DBA)用于设计核电站工程安全设施的一些假设事故。不同类型的核电站其DBA不同。轻水堆的DBA包括：冷却剂丧失事故、弹棒事故、蒸汽管破裂事故等。它们中后果最严重的是失水事故。在压水堆中假设为主管道的双端断裂，也称为最大可信事故。 3.概率安全评价(PSA)这是70年代后期发展起来的一种安全评价方法,核电站第一个完整的PSA报告是197 5年美国正式发表的反应堆安全研究(WASH1400)。该法分析轻水堆核电站中所有可能造成堆心损坏的事故，计算出各自发生的频率值,总和为一万七千堆年分之一;计算出核电站事故给公众带来的风险值。计算说明100座核电站的事故风险比人为的非核事故或自然灾害所造成的总风险约小1万倍。PSA一方面能给出风险值，使核电站安全有了定量化的描述，同时它系统地分析可能发生的各种故障模式，因而可给出事故的整体特性，成了安全研究方面的一个有力工具。4.制订应急计划预先规划和准备一旦核电站发生放射性泄漏事故时，为避免或减缓可能对电站工作人员和周围居民健康造成有害影响及其他放射性后果所采取的措施和行为。 5.执行辐射防护三原则核能发电的辐射安全同样遵循国际上广泛采用的辐射防护三原则，即实践的正当性、辐射防护的最优化、个人所受的剂量当量不得超过国际辐射防护委员会对相应情况所建议的限值。目前已建造的核电站已经注意到这些问题并采取了严密的防护措施。对选址、设计、建造、调试和运行等各个阶段的每一项具体活动都严格按照单项的质量保障大纲进行。另外还有内部和外部监察制度，监督考查质量保障大纲的实施情况和是否起到应有的作用。对参加核电厂工作的人员的选择、培训、考核和任命有着严格的规定。领取操作员的执照，然后才能上岗，还要进行定期考查，不合格者被取消上岗资格。核电站的建设是严格按照最高要求保障安全的。但就目前的情况而言，核电站并非绝对安全、万无一失，但是随