降服“核魔”安享核电

肖逸

人类太渴求“电”了，没电是不行的，电太少也是不行的。火力发电污染大气，让我们呼吸困难；水力发电截江断河，影响生态；风力发电清洁无害，可是发电量太小，很不够用；核能发电是“发电界”的黑马，将成为清洁能源的主流，可是要降服“核魔”并非易事……

构成物质的原子是由原子核和它周围的电子构成的。原子核里面又包含中子和质子，如果一个原子核所含的中子和质子数量少，就称为轻原子核。如果原子核中所含的中子和质子数量较多，那么就称之为重原子核。轻原子核有融合长大的需要，重原子核则有“分裂变小”的需求，这就是我们平常所说的核聚变和核裂变。不论核聚变还是核裂变，都会释放巨大的能量，这种能量就叫核能。利用核能发电的电站就称为核电站。

人类自60多年前建造出核电站之后，发现核电站可以为我们提供源源不绝的充足电力，于是核电站让我们拥有了“用电不愁少”的惊喜。为什么核电站可以提供充足的电力呢？这与核电站使用的燃料有关：核电站通常使用的燃料叫铀，1千克铀释放出的能量相当于2700吨煤燃烧放出的能量。呵呵，1千克铀也就是一小捧，而2700吨煤需要700辆长箱大货车才能拉完。这么一对比，你应该能感受到核能的威力了吧。

因为看到了核能发电潜力巨大，所以掌握了核电技术的国家“拼命”建设核电站，以满足生产生活对电力的强大需求。这60多年间，世界各国共建造了400多座核电站。其中法国有78%的电力是核电，日本的核电占总发电量的36%，韩国是42%，美国是20%。想知道咱中国的核电有多少吗？中国的核电真是有点儿少呢，我们只有1.6%的电力是由核电站提供的。核电少了，火电不少，这是我国成为世界第一碳排放大国的原因之一。

核电站已经成为提供电力的首选，据测算，只要建设2500座核电站就能满足全世界的用电需求。中国完全由核能供电的话，大概需要建600座核电站。

随着更多核电站的建成，人类用电不愁的惊喜将变成现实。但在核电站的发展过程中，人们惊喜之中也常有惊恐……

小小的原子核里，居然隐藏着巨大的能量。是谁发现了核能呢？并非一个人发现的核能。核能作为人类科学史上的重大发现，是一群科学家接力研究的结果。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，居里夫人与居里先生发现放射性元素钋。1902年，居里夫人经过三年零九个月的艰苦努力，又发现了放射性元素镭。1905年，爱因斯坦提出质能转换公式。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。1935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·哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变释放能量的现象，人们据此于1942年12月2日成功启动了世界上第一座核反应堆。

原子核释放能量的方式有三种。一是裂变，二是聚变，其实还有一种释放能量的方式叫衰变——不稳定的原子核在变成另一种稳定的原子核时，会以射线的方式释放能量。人们就是利用这个原理制造出了医学用的透视机。看来原子能距离我们并不遥远，它们的应用早已出现在我们身边的日常生活中。

火电站有可能爆炸，水电站有可能溃坝，核电站运行故障也无法完全避免，风险随时存在。核电站一旦出现安全事故，不仅仅是事故，往往还造成让人难以承受的灾难。

最早的核电站事故发生在美国。1979年3月28日凌晨4时，美国三里岛核电站二号机组正常运行，三名工作人员正在清洗冷却机系统。一名工人因注意力不集中，发生了操作失误，结果导致冷却系统停机，接着核反应堆的温度不断上升，泄压阀自动开启，造成反应堆内的放射性物质泄漏，安全系统报警。接下来，这位工人继续犯了一个操作错误，他竟然误读了警报，关闭了反应堆冷却的注水开关，结果反应堆构件在缺水的状况下熔成一团，报废了。反应堆报废后，起初并没有对民众造成危害。可是一些不懂核电科学的媒体得知核电站的事故信息后，在报纸上大力渲染“核电站爆炸”了，结果造成了周边民众恐慌，共有15万左右的居民被吓跑了。三里岛核电站事故虽然最终没有带来人员伤亡，却让人们发现核电站里隐藏的危险。

1986年4月25日，苏联切尔诺贝利核电站4号机组正在进行一次安全试验，结果同样是由于操作人员的失误，导致了人类历史上“最不安全”的一场核电站爆炸事故。核爆炸破坏了核反应堆的顶盖，并把反应堆厂房屋顶炸毁，将所有放射性物质全部释放到周围环境中，带来了极为严重的核泄漏事故。这一事故释放出来的放射性物质相当于广岛原子弹的400倍，直接受辐射尘污染的面积达20万平方公里。自1986年至2000年间，大约有35万乌克兰、俄罗斯、白俄罗斯等地居民被迫迁出受辐射污染的家园。如今，切尔诺贝利地区已经成为“死城”，没有人能在这里居住生活。这次核电站灾难，让全人类都感受到了核泄漏的恐怖。

日本是极其重视核电站安全的国家之一，他们建造的核电站要求“固若金汤，万无一失”。在一流的核电安全技术保障下，日本的核电站的确运行安全，从无大的事故发生，有些日本居民就临近核电站居住，丝毫没有惧意。2011年3月11日14時16分，日本福岛核电站遭遇了9级地震，大地震并没有摧毁核电站，可是摧毁了保障核反应堆的冷却供电线路，造成电路中断。电路断了之后，核爆炸事故并没有发生，因为应急柴油发电水泵启动，照旧可以抽水冷却反应堆。可是30分钟之后，地震导致的海啸把应急柴油发电水泵淹没了，核电站安全的最后一道防线失效，最终导致反应堆高温发生了爆炸，出现灾难性核泄漏事故，导致15万人失去了家园。另外还有大量的放射性废水被直接排到了海洋中，带来了无法估量的生态灾难。

被人类寄予厚望的核电站，竟然多次以恐怖的面目出现，给人类带来了极端恐惧。在核事故面前，人类的力量显得十分渺小，如不能降服“核魔”，核电站将不是人类的福利，而是人类的梦魇。

核电站会不会像原子弹那样爆炸？答案是否定的。因为虽然核弹和核反应堆都以铀为原料，但两者对纯度的要求完全不同。对于原子弹，要求铀-235的纯度在90%以上，而核电站反应堆燃料铀-235的纯度只需要5%以下。正如烈性白酒可以点燃，啤酒却不能点燃的道理一样，核反应堆即使失控，也不會像原子弹那样爆炸，因为其燃料的纯度不够。

1987年9月，两名男子在一个废弃的医务所，拆下一个他们自认为非常贵重的设备。一天之内，两人均出现呕吐症状，随后又出现腹泻和眩晕。他们根本不知道，这个废弃的设备实际上是一个高辐射源，用于治疗癌症患者。这个辐射源能够在黑暗中发出蓝光，废品商德瓦尔·费莱拉对它产生了浓厚兴趣，最后花钱买下。费莱拉将这个杯子大小装有粉末状物质的罐子放在饭厅，并邀请好友和亲戚参观。他们将粉末涂抹在身上，让自己变成了会发光的人。但令他们没有想到的是，神奇的粉末居然是放射性物质氯化铯。一个月内，费莱拉的妻子、6岁大的侄女，以及2名员工都死于急性放射综合征。在这起事故中，总共有249人被这种放射性物质伤害！发现放射性物质一定要远离，并立即请专业人员来处理哟！

随着核电站安全技术的不断升级，核电站爆炸和泄漏的风险直线下降。因为有着越来越可靠的核电安全技术，人类安享核电的美梦越来越近了……

一般来说，20世纪50—60年代建造的验证性核电站称为第一代核电站，20世纪70年代标准化、系列化，批量建设的核电站称为第二代核电站，这两代核电站的安全性能整体不高，核电站爆炸和泄漏事故主要集中在这两代核电站上。

自20世纪90年代开发建设至今，更成熟、更先进的核电站称为第三代核电站。第三代核电站因为采取了更加周密的防卫措施，所以除非遇到不可抗拒的天灾，第三代核电站出现事故的可能性基本不存在了。那么，第三代核电站凭什么能大幅度降低事故率呢？

一凭反应堆的自主自然降温系统。前两代核电站的反应堆降温主要依赖人工操作，还需要有非常可靠的电源供应和大量的水供应。一旦人工有操作失误或者断电事故发生，就可能会引发反应堆升温爆炸。第三代核电站的反应堆则使用的全自动不完全依赖电源的降温方法，就算是没有电力，反应堆完全可借助重力、温度、膨胀等自然现象进行自主降温，自主降温需水量非常小，一辆消防车的水量可供反应堆一周的降温之需。自然冷却的能力，让反应堆完全不会再产生高温爆炸的危险。

二凭杜绝事故的安全保障措施。经过总结，人们发现许多核电站事故是因为安全保障措施不可靠造成的。经过近30年的运行时间，人们已经总结出了让核电站安全运行的六大保障措施，可保核电站从制度层面安全运行。这些安全保障措施分别为：核电站建设的严格审批制度、核电站的防震建设标准、核电站的防洪水建设标准、核电站电源应急措施、事故发生处理预案、核电站内除氢技术。

三凭核电站的包裹技术。核电站的核心部分是反应堆，只要对这个核心部分进行层层包裹，并且包裹住，就算是有爆炸，也不会泄露危险物质。第三代核电站对其核心部分进行了四层包裹：第一层将燃料芯块包裹在陶瓷罐里，第二层是将陶瓷罐的外边再包裹一层锆；第三层是把燃料和燃料构件再包裹在钢制压力罐里；最后一层是压力罐外再加一层钢制安全壳。正是对危险物质进行了严密包裹，所以第三代核电站就有了“爆炸也无忧”的无泄漏底气。

第三代核电站的安全技术并非最强，还有更强的第四代。第四代核电站的核反应堆有多种模式，分别是高温气冷堆、铅合金液态金属冷却堆、液态钠冷却堆、超高温气冷堆系统、超临界水冷堆系统。第四代核电站的反应堆型虽各不相同，但是有两项重要的安全运行的标准却是一致的：一是要杜绝电站爆炸，二是要杜绝核泄漏。

要想核电站不爆炸，得有先进的降温技术。先前那些核电站爆炸，多是因为核反应堆的冷却系统出了问题，导致高温高压发生爆炸。前三代核电站的反应堆冷却媒介是水，用循环水降低反应堆热量。但是水有个致命弱点，就是在高温时会产生高温高压气体，这是导致核反应堆出现故障然后爆炸的原因之一。具有第四代核电站技术标准的高温气冷堆的冷却媒介是氦气，氦气可以耐受900℃的高温，能在极端高温条件下冷却反应堆，即使反应堆出现了事故，在氦气的冷却下，也不会快速升温造成爆炸。

60多年来，核电技术可谓一代更比一代强，但它们无疑都是围绕铀、钍、钚这些重元素核裂变反应的原理做文章。如果和轻元素发生核聚变反应的原理相比，即便是当今最先进的第四代核电技术也要甘拜下风。

核聚变原料来自氢元素家族的氘和氚，在特定条件下发生碰撞，聚合成个头稍大的氦元素。这个过程比铀元素裂变产生的能量还要大得多，而产物只有无毒无放射性的氦气，没有棘手的高放射性废物需要处理，原料的丰富程度也是铀矿储量难以企及的。太阳就是利用这样的反应哺育了地球四五十亿年。很遗憾，我们现在的科技水平还驾驭不了这种能量。其实，在第一座核电站问世前两年，美国就已经率先利用核聚变原理，做成了比原子弹威力更强的武器——氢弹。但是，炸弹是没法用来烧水做饭的，半个多世纪后的今天，人们依然“Hold”不住核聚变的野性。然而，把核聚变从毁灭性武器“驯化”成随开随关、火力可调的和平“炉灶”，一直是核电发展的革命性目标。

核聚变能由于资源丰富和无污染，被科学界认为是最有希望彻底解决能源和环境问题的根本出路之一。中科院科学家指出，我国自21世纪初正式参加国际热核实验堆ITER计划后，经过十多年的努力，核聚变科研能力、重要部件制造工艺能力、工程建造能力、大科学工程管理能力等均已达到国际先进水平，具备建设自主产权聚变工程实验堆的能力。

在开发核聚变能被人们形象地称为“人造太阳”的路上，中国已从“追赶者”“陪跑者”，成长为具备强大国际输出能力的“领跑者”。科学家们数十年艰辛“逐日”，就是盼望核聚变能点亮的第一盏灯在中国。

我国的ITER计划将于2021年建成，2027年全面开始以氘、氚燃料为主的实验堆实验。

核聚变工程实验堆之后是核聚变示范堆的建设和试运行，大概还需要10～20年的时间，此后真正商用还要有一定的物理运行期。如此算来，核聚变能为人类广泛造福的时代来临，估计要到21世纪中叶以后。

氦元素也可以通过聚变反应释放能量，所以氦元素也是一种重要的核电站备选燃料。到哪里可以弄到大量的氦元素呢？科学家发现月球上存在大量的氦元素——月球上的氦元素用来发电的话，可以满足人类1万年的电力需求。氦在核聚变反应中释放巨大能量，而且不产生放射性污染，被认为是21世纪人类社会的完美能源。只是从月球上把这些东西弄下来有点儿难呵，不过以后就不难了——月球早晚是我们的。

（编辑 孙世奇）