核能发展的利与弊

核能发展的利与弊 吴瀚 中国石油大学 华东 信息与控制工程学院 电气 1605 1605030521 摘要 摘要 随着社会的发展 人们对于能源的需求越来越多 然而地球上的化石能源正越来越少 并且带来了 许多环境问题 所以 我们继续一种新的相对清洁的能源 而核能恰好符合这些条件 诚然 核能作为新 生事物 必然有其两面性 它所带来的运行与废料处理问题不容忽视 但我们可以加速技术的研发 解决 这些问题 让核能能更好地为我们服务 关键词 关键词 核能 利弊 发展历程 解决方法 引言 引言 19 世纪末 英国物理学家汤姆逊发现电子 从此 人们开始逐渐揭开原子核的神秘 面纱 在 1895 年德国物理学家伦琴发现了 X 射线 紧随其后的是法国物理学家贝克勒尔 于 1896 年发现了放射性 到了 1898 年居里夫人与居里先生发现放射性元素钋 经过三年 又九个月的艰苦努力 居里夫人于 1902 年又发现了放射性元素镭 在 1905 年爱因斯坦提 出质能转换公式 而到了 1914 年英国物理学家卢瑟福通过实验 确定氢原子核是一个正电 荷单元 称为质子 之后 1935 年英国物理学家查德威克发现了中子 1938 年德国科学家 奥托 哈恩用中子轰击铀原子核 发现了核裂变现象 从此 人们意识到隐藏在核内的巨 大能量 于 1942 年 12 月 2 日美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆 1945 年 8 月 6 日和 9 日美国的两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎 伴着巨响 核能终于为 世人所熟知 1954 年苏联建成了世界上第一座商用核电站 奥布灵斯克核电站 从此人 类开始将核能运用于军事 能源 工业 航天等领域 美国 俄罗斯 英国 法国 中国 日本 以色列等国相继展开核能应用研究 到 2017 年 全世界已有 30 个国家拥有核电站 全球运行核电站数量已有 441 座 其 中绝大部分是压水堆核电站 目前 只有核裂变被用于核能发电 而核聚变 乐观地估计 还需 50 年实现商业化 由于自然界有很多核聚变所需的氢同位素 且不会产生核废料的问 题 所以各国在积极地发展受控核聚变 最著名的便是托卡马克受控热核反应装置 随着时代的发展 现有的能源已经不能很好地满足 化石燃料的探明量并没有太多的 增加 而人们燃烧量越来越多 余下的储量会越来越少 这样 便能很好地解释各国对核 能的研究的大力支持 新生事物都有其两面性 我们应正确认识到核能的优点以及它所可能带来的问题 对 这些问题的认真思考 可以让我们更好地控制核反应 处理好带来的问题 让核能转变成 高效安全的供电能源 为社会的未来发展提供能源 1 核能的优点 1 经济方面 由于核能单位体积所含能量比化石燃料高太多 所以 维持一年相同的能量需要 需 要的核反应原料比化石燃料少很多 克铀释放的能量相当于 吨标准煤释 放的能量 一座 万千瓦的大型烧煤电站 每年需原煤 万吨 运这些 煤需要 列火车 相当于每天 列火车 还要运走 万吨灰渣 因此 燃料 的运输费会少很多 据统计 核能发电成本比燃煤发电平均低 1 3 2 环境方面 核能的发电方式是利用核反应产生的巨大热能进行发电 所以 并没有燃烧过程 也 就是说没有大量的二氧化碳 二氧化硫等 这些气体不仅会危害人体的健康 还会造成温 室效应 酸雨等环境问题 其次 化石燃料由于未能很好地处理 燃烧会产生许多细小颗 粒物 也就是我们熟知的 对我们的生活造成很大的影响 而在这方面 核能 发电可以很好地避免这些问题 减轻目前我们的环境问题 政治方面 联合国安理会五大常任理事国 美 俄 法 英 中 能获得常任理事国资格 核力 量不容小觑 这五国是世界普遍承认的有核国家 因此 全世界对常任理事国并没有太大 异议 但那些非法拥核国家 如印度 巴基斯坦 朝鲜等 都希望凭借核力量来在世界舞 台上有更多的话语权 正如宋丹卉在 世界主要国家核力量博弈趋势及对我启示 中所写 当前主要核大国核力量发展主要呈现以下四个趋势 巩固核武器在国家安全中的战略定 位 加速核力量现代化建设和优化核武库效力 加大对核武力量的巨额投资 加紧争夺国 际规则制定的主导权 由此可见 核在国际政治有着很大影响和威慑 2 核能发展需解决的问题 放射性废料 铀原子在核反应堆中裂变时产生巨大的热能会驱动涡轮机发电 这一过程还同时产生 诸如铯 和锶 之类的放射性同位素 它们的半衰期约为 年 更高辐射强 度的残留物还包括钚 它的半衰期是 万年 直接暴露在这些高放射性物质 照射下 哪怕极短时间都可能是致命的 通过渗透到地下水的间接辐射可导致生活在附近 的居民罹患威胁生命的疾病和生态环境的破坏 目前 摆脱极其致命的放射性废料的最科 学的方法是地下深埋 然而还没有任何国家建起了地质型核废料深埋场 每当政府提出要 在某处建造一座时 对政府的抗议就随之而起 内达华州尤卡山核废料掩埋场 年 就委托建造 至今仍在等待拿到施工许可证 由此可见 核废料是各国人民关心的问题 毕竟谁也不想生活在核废料附近 但如今各国都加大了研发力度 相信用不了多久这一问 题能够得到解决 核泄漏的隐患 1986 年 4 月 26 日凌晨 1 点 23 分 乌克兰普里皮亚季邻近的切尔诺贝利核电厂的第四 号反应堆发生了爆炸 连续的爆炸引发了大火并散发出大量高能辐射物质到大气层中 这 些辐射尘涵盖了大面积区域 这次灾难所释放出的辐射线剂量是二战时期爆炸于广岛的原 子弹的 400 倍以上 这就是我们熟知的 切尔诺贝利事故 该事故被认为是历史上最严 重的核电事故 也是首例被国际核事件分级表评为第七级事件的特大事故 而目前为止第 二例就是 2011 年 3 月 11 日发生于日本福岛县的福岛第一核电站事故 福岛第一核电站的 泄漏事件对当地人民的生活和当地环境造成了不可估量的影响 但我们不必为此而否认核 能 现在的放射性屏障已经能够起到很好的作用 以压水堆核电站为例 它设有四道防止 放射性屏障 第一道屏障是燃料芯块 第二道屏障是燃料包壳 第三道屏障是一回路边界 第四道屏障是安全壳 因此 我们并不需要太过担心 但还是需要提高防护意识 以防危 险再次来临 热效率不高 根据卡诺循环 卡诺循环包括四个步骤 等温吸热 在这个过程中系统从高温热源中 吸收热量 绝热膨胀 在这个过程中系统对环境作功 温度降低 等温放热 在这个过 程中系统向环境中放出热量 体积压缩 绝热压缩 系统恢复原来状态 在等温压缩和绝 热压缩过程中系统对环境作负功 卡诺循环可以想象为是工作于两个恒温热源之间的准静 态过程 其高温热源的温度为 T1 低温热源的温度为 T2 这一概念是 1824 年 N L S 卡诺 在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的 效率计算下来 火电效率高于核电效 率 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 3 总结 总的来说 核能虽然有一些缺点和问题 但这些都会在不久的将来被解决 因此 发 展核能对社会是有利的 不仅可以缓解能源的逐渐短缺 还可以为困扰已久的大气污染问 题找到新的解决办法 如今的社会对能源的极度依赖使得核能的发展成为必然 我们应该 审时度势 做出科学合理的决策 为新能源的发展找到一条合适的道路 让核能造福千万 家 参考文献 参考文献 1 宋丹卉 世界主要国家核力量博弈趋势及对我启示 J 国外核新闻 2012 9 9 12 2 Angela 核能复兴令人再度担忧核废料问题 J 英语世界 2009 7 56 62 3 百度百科 核能 EB OL 4 百度百科 核国家 EB OL 5 百度百科 切尔诺贝利事故 EB OL 95 85 2017 4 12 6 百度百