核能：不可或缺的替代能源

      核能是20世纪人类的一项伟大发现，并已取得了十分重要的成果。1942年
12月2 日，著名科学家费米领导几十位科学家，在美国芝加哥大学启动成功了世
界上第一座核反应堆，标志着人类从此进入了核能时代。在这以前人类利用的能
源，只涉及到物理变化和化学变化，当核能进入人们的生产和生活后，一种通过
原子核变化而产生的新能源从此诞生。

      第一座反应堆首次启动时，功率仅为0.5 瓦。60年后，核能已占全世界总
能耗的6 ％。国际原子能机构公布，截至2002年底，全世界共有441 台核电机组
在运行，2002年共生产电力2.574 万亿千瓦小时，约占当年世界总发电量的17％。
其中，核发电量占本国总发电量比例最高的国家是立陶宛，达到80％，其次是法
国，达到79％。

      当前，世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料，化石燃料不
是可再生能源，用掉一点儿就少一点儿。燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室
气体”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮的氧化物，并排放大量的烟尘，这些
有害的物质对环境造成了严重的破坏。核能不产生这些有害物质。1987年，世界
卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的
概念，就是“既满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需求的发展”。为了
实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。目前唯一达到工业应用、可以
大规模替代化石燃料的能源，就是核能。

      核能分为核裂变能和核聚变能两种。核裂变能是通过一些重原子核发生
“链式裂变反应”释放出的能量，核聚变能是由两个轻原子核结合在一起释放出
的能量。迄今达到工业应用规模的核能只有核裂变能。核聚变又叫“热核反应”。
氢的同位素氘（H ，重氢）是主要的核聚变材料。氘以重水的形式存在于海水中。
氘的含量占氢的0.015 ％。1 升海水中的氘通过核聚变释放出的能量相当于300
升汽油燃烧释放出的能量。全世界海水中所含的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。2002年12月2 日，我国新一代受控核聚
变研究装置———核工业西南物理研究院的中国环流器二号A 装置建成并举行开
机仪式，为我国进一步参与核聚变研究的国际合作创造了条件。

      核能问世的准备时期，可以追溯到19世纪末至20世纪初。19世纪末，英国
物理学家汤姆逊发现了电子。1895年，德国物理学家伦琴发现了X 射线。1896年，
法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。1898年，居里夫人发现新的放射性元素钋。
1902年，她经过4 年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。1905年，爱因斯坦提出
质能转换公式E ＝mC2 （C 为光速，E 为能量，m 为转换成能量的质量）。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。
1932年，英国物理学家查得威克发现了中子。1938年，德国科学家奥托？哈恩和
他的助手斯特拉斯曼用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。

      有些元素可以自发地放出射线，这些元素叫做放射性元素。放射性元素可
以放出三种看不见的射线。一种是α射线，就是氦原子核。一种是β射线，就是
高速电子。一种是γ射线，就是高能光线。其中γ射线的穿透能力最强。

      当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子而分裂成两个较轻的原
子核，同时发生质能转换，放出很大的能量，并产生2 个或3 个中子，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。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原子核的
“三裂变”、“四裂变”现象。

      链式裂变反应释放出巨大的核能，1 千克铀－235 裂变释放出的能量，相
当于2500吨标准煤燃烧产生的能量。只有铀－233 、铀－235 和钚－239 这三种
核素可以由能量为0.025 电子伏的热中子引起核裂变。它们都是核燃料，其中只
有铀－235 是天然存在的，而铀－233 、钚－239 是在反应堆中人工生产出来的。
铀－235 在天然铀中的含量仅为0.7 ％。

      反应堆是通过受控的链式裂变反应将核能缓慢地释放出来的装置，是和平
利用核能的最主要的设施。反应堆的种类繁多，一般是根据用途分为动力堆、生
产堆和研究堆。动力堆是利用核裂变释放的能量来产生动力，进行发电、供热、
推动船舰等。生产堆是利用中子生产新的核燃料。研究堆是利用中子进行基础科
学和应用科学的研究。　　为了实现核能的进一步发展，当前世界许多国家的核
科学家正在研究与发展先进的核反应堆，进一步提高反应堆的安全性和经济性。
我国“863 ”计划正在研发两种先进反应堆。一种是由清华大学核能技术设计研
究院承担的10兆瓦高温气冷实验堆。高温气冷堆具有安全性好（不会对厂外公众
造成危害）、发电效率高（蒸汽发电效率38％~40 ％，氦气透平发电45％~47 ％）、
用途广（可进行煤的汽化和液化、制氢等）的优点。该反应堆已于2003年1 月29
日达到满功率并网发电。另一种是由中国原子能科学研究院承担的中国实验快堆。
快中子反应堆的主要优点是可大大提高铀资源的利用率，从目前轻水堆的1 ％左
右提高到60％至70％。该反应堆正在建造，其主厂房已于2002年8 月15日封顶。