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核電發展的前景

作者: 傅金枝    人气:     日期: 2011/4/16


        發展核電是沒有辦法的辦法,為滿足人類不斷增長的能源需求,核電是唯一的出路。

        如今,歐洲、北美、日本少數富裕國家,人口不到世界人口的五分之一,卻消耗著全世界絕大部分的能源,並且排放著大量的CO2和其他廢氣、廢物,毒化、威脅著全人類的生活環境。而中國、印度、拉丁美洲、非洲的人民也要求發展,也希望過上富裕的生活,這就必然而然地也要消耗大量的能源。由於這些地方的人口數量的龐大,未來世界能源的需求也就十分地驚人!

        可是這龐大的能源從何而來?

        現在世界上能源的消耗以石油、煤炭、天然氣這些石化燃料為主,水力、核能也佔有相當的份額。石化燃料排出大量廢物廢氣,污染環境,排出大量CO2,造成地球的溫室效應。並且,這些燃料能源都是不可再生的,在地球上的儲藏量也是有限的,即將消耗殆盡!水力雖然可以源源不斷再生,但資源的總量也有限,能開發的已經不多。

        太陽能、風能、潮汐這些既清潔又可再生的能源,由於捕集、轉化的困難,目前在人類能源消耗結構中只佔有極小的份額,在可預見的將來也只能是小打小鬧,難有大的作為。

        現在世界上有400多座核電站在運行,並且核電已有50多年的運行經驗,技術已比較成熟。總的成本已與石化燃料發電持平,而將來只能是石化燃料越來越貴,而相比較起來,核電更為經濟。

        核電對環境基本上沒有污染。但一旦發生核洩漏事故,卻能給周圍民眾帶來巨大的災難。這次發生在日本的核洩漏事故,引起了全世界人民的恐慌。核電安全是核電發展的最大障礙。但筆者以為,核電安全並非是不可逾越的障礙。人類只能在核安全上多下工夫,不能因噎廢食。

        一個大的問題是,地球上的鈾礦資源也並不豐富,按已探明的鈾礦儲量,大約僅可以用50年。但海水中有著巨大的鈾資源。據測算,海水中鈾的蘊藏量約為50億噸,是地殼已探明的鈾礦儲量的2000倍!由於含量很稀薄,採集成本太高,但鈾溶解在海水中呈遊離狀態,也給採集帶來方便。目前各國正加緊利用吸附法採集鈾的研究,已有很樂觀的進展。不管怎麼說,如果能採集到其中十分之一,便是已探明的地殼中鈾儲量的200倍!

        核電已經成熟的一個重大技術進展是快中子反應堆。以往的反應堆以U235為燃料,U235在天然鈾中的含量只占0.7%,而含量99%U238只能當作廢料扔掉。快中子反應堆是利用能量更大的所謂快中子,轟擊U238使之變成鈈239,然後鈈239發生裂變反應放出巨大的能量,並釋放出另外的快中子,再轟擊U238使之變成鈈239,再裂變再放出快中子,如此使反應持續不斷地進行下去,並持續不斷地釋放出巨大的能量。快中子反應堆使鈾的利用率大約提高了50倍。如果目前世界已探明的鈾礦資源僅可維持50年,那麼僅快中子堆技術,即可使鈾礦資源利用延長到2000年以上!

        目前世界上美、俄、英、法、日、德、意、印、韓九個國家共有21座快中子反應堆在運行中。中國2010722日,第一座快中子堆首次達到臨界。從全世界範圍看,快中子堆技術已經成熟且更為安全。

        核發電更為誘人的前景是實現熱核發電。兩個輕核聚合在一起成為一個較重的核,即可放出很大的能量,這已在氫彈爆炸中得到了驗證。熱核發電即是設法使熱核反應可控制地緩慢進行,緩慢地放出能量,並將能量轉變為電能。

        熱核反應所用的元素是重氫和超重氫,也叫氘和氚,是氫的兩種同位素。由於氫幾乎是地球上含量最多的元素,地球上的水便是由兩個氫原子加一個氧原子構成的。同位素含量的一個特點是,某種同位素在元素中的含量是恒定的,比如U235在鈾元素中的含量都是0.7%,與鈾產自地球上的什麼地方無關。氘和氚在水中的含量也是恒定的,不管這水產自什麼地方,是海水,還是淡水。

        氘和氚在水中的含量雖然很少,但熱核反應所釋放出來的能量十分巨大。如果能把一升水中的氘分離出來,經過熱核反應所放出來的能量,相當於300升石油燃燒所放出來的能量!熱核發電一旦成功,人類將一勞永逸地解決能源短缺問題!

        熱核反應過程中,沒有並且也不產生任何放射性污染。這是熱核發電的又一大優點。

        還有一個極大的好處,由於氘、氚與氫核質相對差別較大,將它們從氫中分離出來,並不是多麼困難事情,成本也不高。

        這麼好的事,自然調動起了各國積極開發的熱情。開始各國勁頭也很大,尤其50年代初,氫彈爆炸以後,各國都致力於可控制的熱核反應的研究。搞著搞著才知道,熱核反應實現可控,難度太大了。其最大的難點在於,必須將參與熱核反應的物質約束到某一個區域,那個區域的溫度必須達到上億度以上。可是世界上沒有能夠耐上億度高溫的物質,拿什麼東西來約束呢?

        只好另闢蹊徑,用磁場約束,這就是著名的托克馬克裝置。經過數十年的發展,已有很大進展。中國在這方面的研究處於世界先進的水準上。位元元於合肥的中科院等離子體物理研究所開發的全超導托克馬克裝置,受到了國際聚變界的高度評價。也是中國與國際聚變界進行技術交流的重要平臺和籌碼。

        理論上和技術上遭遇到的巨大障礙,迫使各國放棄了各自閉門造車,相互保密的政策。各國都認識到,公開資料,交流成果,是人類實現可控熱核反應的唯一可行之路。經過多年的醞釀,一個世界上多個在核聚變領域內處於先進水準的國家,聯合起來共同開發核聚變的ITER計畫,已於幾年前成立並簽約。參與這一計畫的簽約國有歐盟(算一方)、美、俄、日、印、中、韓共七方。計畫在法國南部的一個小鎮,建立一個裝置,能夠初步實現500秒短時間的聚變反應。全部投資需要100億歐元。中國投入10%的投資,日後將擁有全部的知識產權。

        距離能夠實現核聚變發電,還有一段相當長的路要走。不過回憶以往走過的路,人類正在一步一步,逐漸接近這一目標。利用海水中的氘和氚發電,海水將成為人類取之不盡的新能源,這一目標終究能實現!





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