降服“核魔”安享核電

肖逸

人類太渴求“電”了，沒電是不行的，電太少也是不行的?；鹆Πl電污染大氣，讓我們呼吸困難；水力發電截江斷河，影響生態；風力發電清潔無害，可是發電量太小，很不夠用；核能發電是“發電界”的黑馬，將成為清潔能源的主流，可是要降服“核魔”并非易事……

構成物質的原子是由原子核和它周圍的電子構成的。原子核里面又包含中子和質子，如果一個原子核所含的中子和質子數量少，就稱為輕原子核。如果原子核中所含的中子和質子數量較多，那么就稱之為重原子核。輕原子核有融合長大的需要，重原子核則有“分裂變小”的需求，這就是我們平常所說的核聚變和核裂變。不論核聚變還是核裂變，都會釋放巨大的能量，這種能量就叫核能。利用核能發電的電站就稱為核電站。

人類自60多年前建造出核電站之后，發現核電站可以為我們提供源源不絕的充足電力，于是核電站讓我們擁有了“用電不愁少”的驚喜。為什么核電站可以提供充足的電力呢？這與核電站使用的燃料有關：核電站通常使用的燃料叫鈾，1千克鈾釋放出的能量相當于2700噸煤燃燒放出的能量。呵呵，1千克鈾也就是一小捧，而2700噸煤需要700輛長箱大貨車才能拉完。這么一對比，你應該能感受到核能的威力了吧。

因為看到了核能發電潛力巨大，所以掌握了核電技術的國家“拼命”建設核電站，以滿足生產生活對電力的強大需求。這60多年間，世界各國共建造了400多座核電站。其中法國有78%的電力是核電，日本的核電占總發電量的36%，韓國是42%，美國是20%。想知道咱中國的核電有多少嗎？中國的核電真是有點兒少呢，我們只有1.6%的電力是由核電站提供的。核電少了，火電不少，這是我國成為世界第一碳排放大國的原因之一。

核電站已經成為提供電力的首選，據測算，只要建設2500座核電站就能滿足全世界的用電需求。中國完全由核能供電的話，大概需要建600座核電站。

隨著更多核電站的建成，人類用電不愁的驚喜將變成現實。但在核電站的發展過程中，人們驚喜之中也常有驚恐……

小小的原子核里，居然隱藏著巨大的能量。是誰發現了核能呢？并非一個人發現的核能。核能作為人類科學史上的重大發現，是一群科學家接力研究的結果。1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線。1896年，法國物理學家貝克勒爾發現了放射性。1898年，居里夫人與居里先生發現放射性元素釙。1902年，居里夫人經過三年零九個月的艱苦努力，又發現了放射性元素鐳。1905年，愛因斯坦提出質能轉換公式。1914年，英國物理學家盧瑟福通過實驗，確定氫原子核是一個正電荷單元，稱為質子。1935年，英國物理學家查得威克發現了中子。1938年，德國科學家奧托·哈恩用中子轟擊鈾原子核，發現了核裂變釋放能量的現象，人們據此于1942年12月2日成功啟動了世界上第一座核反應堆。

原子核釋放能量的方式有三種。一是裂變，二是聚變，其實還有一種釋放能量的方式叫衰變——不穩定的原子核在變成另一種穩定的原子核時，會以射線的方式釋放能量。人們就是利用這個原理制造出了醫學用的透視機。看來原子能距離我們并不遙遠，它們的應用早已出現在我們身邊的日常生活中。

火電站有可能爆炸，水電站有可能潰壩，核電站運行故障也無法完全避免，風險隨時存在。核電站一旦出現安全事故，不僅僅是事故，往往還造成讓人難以承受的災難。

最早的核電站事故發生在美國。1979年3月28日凌晨4時，美國三里島核電站二號機組正常運行，三名工作人員正在清洗冷卻機系統。一名工人因注意力不集中，發生了操作失誤，結果導致冷卻系統停機，接著核反應堆的溫度不斷上升，泄壓閥自動開啟，造成反應堆內的放射性物質泄漏，安全系統報警。接下來，這位工人繼續犯了一個操作錯誤，他竟然誤讀了警報，關閉了反應堆冷卻的注水開關，結果反應堆構件在缺水的狀況下熔成一團，報廢了。反應堆報廢后，起初并沒有對民眾造成危害?？墒且恍┎欢穗娍茖W的媒體得知核電站的事故信息后，在報紙上大力渲染“核電站爆炸”了，結果造成了周邊民眾恐慌，共有15萬左右的居民被嚇跑了。三里島核電站事故雖然最終沒有帶來人員傷亡，卻讓人們發現核電站里隱藏的危險。

1986年4月25日，蘇聯切爾諾貝利核電站4號機組正在進行一次安全試驗，結果同樣是由于操作人員的失誤，導致了人類歷史上“最不安全”的一場核電站爆炸事故。核爆炸破壞了核反應堆的頂蓋，并把反應堆廠房屋頂炸毀，將所有放射性物質全部釋放到周圍環境中，帶來了極為嚴重的核泄漏事故。這一事故釋放出來的放射性物質相當于廣島原子彈的400倍，直接受輻射塵污染的面積達20萬平方公里。自1986年至2000年間，大約有35萬烏克蘭、俄羅斯、白俄羅斯等地居民被迫遷出受輻射污染的家園。如今，切爾諾貝利地區已經成為“死城”，沒有人能在這里居住生活。這次核電站災難，讓全人類都感受到了核泄漏的恐怖。

日本是極其重視核電站安全的國家之一，他們建造的核電站要求“固若金湯，萬無一失”。在一流的核電安全技術保障下，日本的核電站的確運行安全，從無大的事故發生，有些日本居民就臨近核電站居住，絲毫沒有懼意。2011年3月11日14時16分，日本福島核電站遭遇了9級地震，大地震并沒有摧毀核電站，可是摧毀了保障核反應堆的冷卻供電線路，造成電路中斷。電路斷了之后，核爆炸事故并沒有發生，因為應急柴油發電水泵啟動，照舊可以抽水冷卻反應堆?？墒?0分鐘之后，地震導致的海嘯把應急柴油發電水泵淹沒了，核電站安全的最后一道防線失效，最終導致反應堆高溫發生了爆炸，出現災難性核泄漏事故，導致15萬人失去了家園。另外還有大量的放射性廢水被直接排到了海洋中，帶來了無法估量的生態災難。

被人類寄予厚望的核電站，竟然多次以恐怖的面目出現，給人類帶來了極端恐懼。在核事故面前，人類的力量顯得十分渺小，如不能降服“核魔”，核電站將不是人類的福利，而是人類的夢魘。

核電站會不會像原子彈那樣爆炸？答案是否定的。因為雖然核彈和核反應堆都以鈾為原料，但兩者對純度的要求完全不同。對于原子彈，要求鈾-235的純度在90%以上，而核電站反應堆燃料鈾-235的純度只需要5%以下。正如烈性白酒可以點燃，啤酒卻不能點燃的道理一樣，核反應堆即使失控，也不會像原子彈那樣爆炸，因為其燃料的純度不夠。

1987年9月，兩名男子在一個廢棄的醫務所，拆下一個他們自認為非常貴重的設備。一天之內，兩人均出現嘔吐癥狀，隨后又出現腹瀉和眩暈。他們根本不知道，這個廢棄的設備實際上是一個高輻射源，用于治療癌癥患者。這個輻射源能夠在黑暗中發出藍光，廢品商德瓦爾·費萊拉對它產生了濃厚興趣，最后花錢買下。費萊拉將這個杯子大小裝有粉末狀物質的罐子放在飯廳，并邀請好友和親戚參觀。他們將粉末涂抹在身上，讓自己變成了會發光的人。但令他們沒有想到的是，神奇的粉末居然是放射性物質氯化銫。一個月內，費萊拉的妻子、6歲大的侄女，以及2名員工都死于急性放射綜合征。在這起事故中，總共有249人被這種放射性物質傷害！發現放射性物質一定要遠離，并立即請專業人員來處理喲！

隨著核電站安全技術的不斷升級，核電站爆炸和泄漏的風險直線下降。因為有著越來越可靠的核電安全技術，人類安享核電的美夢越來越近了……

一般來說，20世紀50—60年代建造的驗證性核電站稱為第一代核電站，20世紀70年代標準化、系列化，批量建設的核電站稱為第二代核電站，這兩代核電站的安全性能整體不高，核電站爆炸和泄漏事故主要集中在這兩代核電站上。

自20世紀90年代開發建設至今，更成熟、更先進的核電站稱為第三代核電站。第三代核電站因為采取了更加周密的防衛措施，所以除非遇到不可抗拒的天災，第三代核電站出現事故的可能性基本不存在了。那么，第三代核電站憑什么能大幅度降低事故率呢？

一憑反應堆的自主自然降溫系統。前兩代核電站的反應堆降溫主要依賴人工操作，還需要有非?？煽康碾娫垂痛罅康乃?。一旦人工有操作失誤或者斷電事故發生，就可能會引發反應堆升溫爆炸。第三代核電站的反應堆則使用的全自動不完全依賴電源的降溫方法，就算是沒有電力，反應堆完全可借助重力、溫度、膨脹等自然現象進行自主降溫，自主降溫需水量非常小，一輛消防車的水量可供反應堆一周的降溫之需。自然冷卻的能力，讓反應堆完全不會再產生高溫爆炸的危險。

二憑杜絕事故的安全保障措施。經過總結，人們發現許多核電站事故是因為安全保障措施不可靠造成的。經過近30年的運行時間，人們已經總結出了讓核電站安全運行的六大保障措施，可保核電站從制度層面安全運行。這些安全保障措施分別為：核電站建設的嚴格審批制度、核電站的防震建設標準、核電站的防洪水建設標準、核電站電源應急措施、事故發生處理預案、核電站內除氫技術。

三憑核電站的包裹技術。核電站的核心部分是反應堆，只要對這個核心部分進行層層包裹，并且包裹住，就算是有爆炸，也不會泄露危險物質。第三代核電站對其核心部分進行了四層包裹：第一層將燃料芯塊包裹在陶瓷罐里，第二層是將陶瓷罐的外邊再包裹一層鋯；第三層是把燃料和燃料構件再包裹在鋼制壓力罐里；最后一層是壓力罐外再加一層鋼制安全殼。正是對危險物質進行了嚴密包裹，所以第三代核電站就有了“爆炸也無憂”的無泄漏底氣。

第三代核電站的安全技術并非最強，還有更強的第四代。第四代核電站的核反應堆有多種模式，分別是高溫氣冷堆、鉛合金液態金屬冷卻堆、液態鈉冷卻堆、超高溫氣冷堆系統、超臨界水冷堆系統。第四代核電站的反應堆型雖各不相同，但是有兩項重要的安全運行的標準卻是一致的：一是要杜絕電站爆炸，二是要杜絕核泄漏。

要想核電站不爆炸，得有先進的降溫技術。先前那些核電站爆炸，多是因為核反應堆的冷卻系統出了問題，導致高溫高壓發生爆炸。前三代核電站的反應堆冷卻媒介是水，用循環水降低反應堆熱量。但是水有個致命弱點，就是在高溫時會產生高溫高壓氣體，這是導致核反應堆出現故障然后爆炸的原因之一。具有第四代核電站技術標準的高溫氣冷堆的冷卻媒介是氦氣，氦氣可以耐受900℃的高溫，能在極端高溫條件下冷卻反應堆，即使反應堆出現了事故，在氦氣的冷卻下，也不會快速升溫造成爆炸。

60多年來，核電技術可謂一代更比一代強，但它們無疑都是圍繞鈾、釷、钚這些重元素核裂變反應的原理做文章。如果和輕元素發生核聚變反應的原理相比，即便是當今最先進的第四代核電技術也要甘拜下風。

核聚變原料來自氫元素家族的氘和氚，在特定條件下發生碰撞，聚合成個頭稍大的氦元素。這個過程比鈾元素裂變產生的能量還要大得多，而產物只有無毒無放射性的氦氣，沒有棘手的高放射性廢物需要處理，原料的豐富程度也是鈾礦儲量難以企及的。太陽就是利用這樣的反應哺育了地球四五十億年。很遺憾，我們現在的科技水平還駕馭不了這種能量。其實，在第一座核電站問世前兩年，美國就已經率先利用核聚變原理，做成了比原子彈威力更強的武器——氫彈。但是，炸彈是沒法用來燒水做飯的，半個多世紀后的今天，人們依然“Hold”不住核聚變的野性。然而，把核聚變從毀滅性武器“馴化”成隨開隨關、火力可調的和平“爐灶”，一直是核電發展的革命性目標。

核聚變能由于資源豐富和無污染，被科學界認為是最有希望徹底解決能源和環境問題的根本出路之一。中科院科學家指出，我國自21世紀初正式參加國際熱核實驗堆ITER計劃后，經過十多年的努力，核聚變科研能力、重要部件制造工藝能力、工程建造能力、大科學工程管理能力等均已達到國際先進水平，具備建設自主產權聚變工程實驗堆的能力。

在開發核聚變能被人們形象地稱為“人造太陽”的路上，中國已從“追趕者”“陪跑者”，成長為具備強大國際輸出能力的“領跑者”?？茖W家們數十年艱辛“逐日”，就是盼望核聚變能點亮的第一盞燈在中國。

我國的ITER計劃將于2021年建成，2027年全面開始以氘、氚燃料為主的實驗堆實驗。

核聚變工程實驗堆之后是核聚變示范堆的建設和試運行，大概還需要10～20年的時間，此后真正商用還要有一定的物理運行期。如此算來，核聚變能為人類廣泛造福的時代來臨，估計要到21世紀中葉以后。

氦元素也可以通過聚變反應釋放能量，所以氦元素也是一種重要的核電站備選燃料。到哪里可以弄到大量的氦元素呢？科學家發現月球上存在大量的氦元素——月球上的氦元素用來發電的話，可以滿足人類1萬年的電力需求。氦在核聚變反應中釋放巨大能量，而且不產生放射性污染，被認為是21世紀人類社會的完美能源。只是從月球上把這些東西弄下來有點兒難呵，不過以后就不難了——月球早晚是我們的。

（編輯 孫世奇）