核能源除了制造“武器”，還能運(yùn)用在哪些方面？

中國第四代核武即將問世，但令人驚訝的是，它和前三代核武器完全不同，不用通過原子彈引發(fā)聚變，沒有核污染，也不會(huì)產(chǎn)生核輻射。這不由得讓人感到驚訝與興奮，核能既然做成炸彈都不會(huì)產(chǎn)生污染的話，那它運(yùn)用在其他領(lǐng)域會(huì)怎樣呢？

核能發(fā)電，清潔環(huán)保無污染

2020年，我國70%—80%的石油要從國外進(jìn)口，隨著對(duì)石油天然氣等化石資源進(jìn)口的依賴越來越大，我們國家迫切需要核能來解決能源危機(jī)。

因?yàn)楹四茈m然不是可再生資源，但是它是一種清潔能源。

核能居然是清潔能源？

沒錯(cuò)，核能的確屬于清潔能源。

舉個(gè)例子，核電站每年要用掉80噸核燃料，那么兩支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以將全部的核燃料運(yùn)完，但如果要達(dá)到同樣發(fā)電效果的話，則需要燃燒515萬噸煤，需要用705個(gè)裝載量20噸的大卡車才能運(yùn)走。這意味著使用核燃料的話，其成本不僅遠(yuǎn)低于燃煤，還能緩解交通運(yùn)輸壓力。

而且與會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)的化石燃料相比，核能不會(huì)排放會(huì)造成環(huán)境污染的有害物質(zhì)。2018年，我國的火電的碳排放量占據(jù)了全國總排放量的43%，而到了2021年上半年，中國新建的煤電和鋼鐵項(xiàng)目排放的二氧化碳量約有1.5億噸，相當(dāng)于荷蘭全國的總排放量。而在如今氣候巨變的情況下，國家發(fā)改委能源研究所在《退役路徑》報(bào)告中指出，中國應(yīng)在2050—2055年淘汰傳統(tǒng)的燃煤電廠。

這也就意味著，運(yùn)用核能發(fā)電已經(jīng)是大勢(shì)所趨。這不僅因?yàn)楹四芊磻?yīng)所釋放的能量能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化石燃料燃燒所釋放出來的能量，而且核能還不容易受國際經(jīng)濟(jì)情勢(shì)影響，相比較其他的發(fā)電方式來說，不僅實(shí)惠還穩(wěn)定。

目前全世界共有438座核電站正在運(yùn)行，總發(fā)電容量為353千兆瓦，占全世界發(fā)電量的16%，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過一萬堆年（1堆年相當(dāng)于核電站中的一個(gè)反應(yīng)堆運(yùn)行1年）。

而截至2022年6月，中國核電累計(jì)發(fā)電量超過1.35萬億千瓦時(shí)，相當(dāng)于減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤4.08億噸，減少排放二氧化碳10.70億噸，生態(tài)效益相當(dāng)于植樹造林368.85萬公頃。

但是核能可不僅僅能用來發(fā)電，核反應(yīng)產(chǎn)生電能的同時(shí)，產(chǎn)生的熱能還能用于海水淡化、城市供熱、提供高溫蒸汽等方面。

從核潛艇到航空母艦

既然核能可以轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能又能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝敲凑羝涂梢酝苿?dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。世界各國軍隊(duì)的大部分潛艇和航空母艦都以核能為動(dòng)力。

1961年，世界上第一艘核動(dòng)力航母“企業(yè)”號(hào)建成服役。它有驚人的續(xù)航力和更大的機(jī)動(dòng)性，每一次更換核燃料后，都可以再連續(xù)航行10年。“企業(yè)”號(hào)的出現(xiàn)，標(biāo)志著航空母艦的發(fā)展進(jìn)入了新紀(jì)元。

而早在20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)政府在打造核動(dòng)力潛艇的同時(shí)，也決定研制能用于民用船舶的核裝置，并在1956年就將第一代核動(dòng)力破冰船“列寧”號(hào)送下水，開始擔(dān)任蘇聯(lián)在北海航線的破冰和引導(dǎo)任務(wù)。

破冰船由于其特殊的工作性質(zhì)，需要依靠自身動(dòng)力強(qiáng)行沖擊冰面以達(dá)到破冰效果，因此對(duì)船體的堅(jiān)固程度要求相當(dāng)高。雖然破冰船不需要高速行駛，但卻需要強(qiáng)大的馬力來對(duì)付足夠堅(jiān)固的浮冰，所以，核動(dòng)力破冰船的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)大于其他動(dòng)力的破冰船。目前，俄羅斯正在建造世界上最大的破冰船LK-110YA，它比俄羅斯航母還要大，自主續(xù)航能力能達(dá)到8個(gè)月。

而我國的航母雖然現(xiàn)在還沒有安裝核動(dòng)力，但中國新一代核動(dòng)力破冰船雪龍3號(hào)的招標(biāo)工作已經(jīng)啟動(dòng)，西方國家認(rèn)為我國此次制造的核動(dòng)力破冰船標(biāo)志著中國將在水面艦艇用反應(yīng)堆的道路上跨出重要的一步。

除了為船舶提供動(dòng)力外，核能作為一種長時(shí)可靠安全的能源系統(tǒng)，也為航天器跨星系超遠(yuǎn)距飛行提供了可能。

核動(dòng)力航天夢(mèng)不再遙遠(yuǎn)

早在20世紀(jì)初，得知居里夫婦提煉出放射性元素鐳之后，俄國航天之父齊奧爾科夫斯基就曾預(yù)言：“一噸重的火箭只要用一小撮鐳，就足以掙斷與太陽系的一切引力聯(lián)系。”

美國也曾在1955年設(shè)想過一個(gè)天方夜譚的計(jì)劃：不再利用可控的核反應(yīng)，而是用核爆炸來推動(dòng)飛船。簡單來說，先在飛船中裝上原子彈，之后讓飛船起飛，然后每秒拋出1-4顆小型原子彈引爆，引發(fā)的巨大脈沖將推動(dòng)這艘巨大的宇宙飛船前進(jìn)。但由于這個(gè)計(jì)劃是依靠原子彈爆炸作為動(dòng)力，必然會(huì)產(chǎn)生核輻射污染，所以這個(gè)名為“獵戶座計(jì)劃”的研究最后胎死腹中。

后來，用核爆炸推動(dòng)太空飛船的計(jì)劃，轉(zhuǎn)為了利用核熱能推力技術(shù)。也就是在飛船上安裝核反應(yīng)堆，一旦點(diǎn)火成功，核反應(yīng)堆能將氫氣加熱到3100開式溫度，然后向飛船尾部噴射超熱的氫氣以產(chǎn)生推力。并且這種核熱能推力技術(shù)的可行性于20世紀(jì)60年代獲得了證實(shí)。

目前，運(yùn)用于航天器上的核電源放射性同位素電源技術(shù)（RTG）已經(jīng)比較成熟，在國內(nèi)外航天中應(yīng)用廣泛，美國光從1961-2011年就發(fā)射了27個(gè)帶有RTG技術(shù)的航天器。

而我國也從20世紀(jì)開始研究屬于我們自己的核動(dòng)力航天器研發(fā)計(jì)劃，中國航天科技公司甚至計(jì)劃2025年研制出可以重復(fù)使用的航天飛機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)水平起降，用于太空旅游。嫦娥三號(hào)的總設(shè)計(jì)師孫澤周也說：“從技術(shù)發(fā)展上來講，如果以后要對(duì)比如木星這些距離太陽更遠(yuǎn)的行星進(jìn)行探測，完全依靠太陽能不太現(xiàn)實(shí)，這時(shí)對(duì)空間核動(dòng)力的應(yīng)用就會(huì)有比較大的需求 。”

不過，現(xiàn)階段還是化學(xué)火箭的天下，美國和俄羅斯都聲稱核能火箭的發(fā)展還需要很長時(shí)間，而我國的相關(guān)項(xiàng)目最快也要21世紀(jì)50年代才有結(jié)果，到那時(shí)，我們至少要能在航天工程上做到對(duì)核聚變完全控制。

只不過，不管是航天火箭，還是航母潛艇，這些東西離我們普通人的生活多少有些遙遠(yuǎn)。但你知道核能在醫(yī)療領(lǐng)域也大展身手了嗎？

從醫(yī)療儀器到藥物，核能無處不在

核能在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用，最常見的莫過于大家都熟悉的X光和核磁共振檢查了。

我們?cè)卺t(yī)院里拍片、做胸透等，主要利用的就是加速后的電子撞擊金屬靶制造的X射線，用于探測骨骼和軟組織是否產(chǎn)生了病變。

但除了X射線外，原子衰變裂解時(shí)放出的伽馬射線（γ射線），由于具有穿透性和對(duì)生物細(xì)胞的破壞作用，被廣泛用于醫(yī)療用品消毒方面，還能對(duì)患有特定腫瘤的患者定向發(fā)射治療。數(shù)據(jù)顯示，2015年我國放療單位共有各類放療設(shè)備2849臺(tái)，伽馬刀和X刀約占13.4%。而核磁共振沒有放射性，對(duì)人體非常安全，主要用于腫瘤、心臟病及腦血管疾病的早期篩查。

當(dāng)然，除此之外，核能還能用來制作藥物，有一種名叫“亞甲基二膦酸”的藥物里就含有微量的人造元素：锝-99，這種藥物在治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎上有比較好的臨床治療效果，能減輕病患的疼痛，延緩疾病的發(fā)展。

截至2018年，全球核素藥物市場約130億美元，年增長率達(dá)到了18%，而我國的核素藥物市場和核醫(yī)學(xué)也在迅猛發(fā)展，2013—2017年，核素藥物市場規(guī)模就從20億元增長到了43.8億元。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2022年我國核醫(yī)學(xué)市場將達(dá)到106.34億美元。

有數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2030年，全球核醫(yī)學(xué)市場規(guī)模將達(dá)到140億～300億美元，未來復(fù)合增長率會(huì)超過16%，屆時(shí)預(yù)計(jì)核醫(yī)學(xué)治療市場占比約65%，核醫(yī)學(xué)診斷市場占比約35%，將在未來的醫(yī)學(xué)治療中占據(jù)重要地位。

那么除了醫(yī)療領(lǐng)域，核能還參與了我們的哪些日常生活呢？

日常生活中的核能應(yīng)用

X射線可不光能在醫(yī)院使用，在飛機(jī)場、火車站、地鐵站等需要安檢的地方，我們攜帶的行李都要經(jīng)過X射線安檢儀。不過行李安檢儀的輻射劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于醫(yī)療診斷用的X光機(jī)，人在靠近X射線安檢儀5厘米的地方停留50個(gè)小時(shí)，才會(huì)有相當(dāng)于1次X光胸透的輻射量。

不過，安檢儀還不算離我們生活最近的核能應(yīng)用，屋里安裝的煙霧報(bào)警器才是，它的傳感器內(nèi)也使用一種放射性物質(zhì)：镅-241。這種放射性物質(zhì)能夠產(chǎn)生電流，當(dāng)煙霧中的煙粒子進(jìn)入傳感器后，就會(huì)擾亂電流，從而導(dǎo)致報(bào)警器響起聲音。

不僅如此，大家一定還在電視上看過考古學(xué)家用碳-14來進(jìn)行文物年代鑒定，但大家知道嗎，碳14技術(shù)其實(shí)也屬于核能的用途之一。當(dāng)然，碳-14不僅能在考古上運(yùn)用，如今也被拓展應(yīng)用到了醫(yī)學(xué)、環(huán)保、新藥開發(fā)等領(lǐng)域。今年我國首批碳-14批量化生產(chǎn)在中核集團(tuán)秦山核電站正式啟動(dòng)，標(biāo)志著我國碳-14的生產(chǎn)方式開啟了自主化道路，未來其產(chǎn)量可以基本滿足國內(nèi)的要求，解決國內(nèi)碳-14同位素的供給問題。

如今面對(duì)全球的能源危機(jī)，許多國家和地區(qū)都越來越重視核能在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是亞洲，目前核能的發(fā)展勢(shì)頭非常明顯。在追求“碳中和”的背景下，現(xiàn)在全球都鼓勵(lì)發(fā)展核能，就連東南亞國家在核能領(lǐng)域的投資，也預(yù)計(jì)會(huì)有所增加。

只不過，核能有利也有弊，核能造成的危害已有不少前車之鑒，相信在后續(xù)對(duì)核能的使用中，能做得比以前更好。