摘要：為了深入了解能源與人類的關(guān)系，主要對核能對人類的影響展開學(xué)習(xí)調(diào)研。通過對核能的歷史發(fā)展的學(xué)習(xí)，了解到核能發(fā)展停滯的原因，現(xiàn)階段核能發(fā)展的窘境及未來前景。得出就目前而言，核能對人類有利有弊，只有解決了經(jīng)濟(jì)性的問題，發(fā)展可控核聚變，才有可能控制其巨大的能量。

關(guān)鍵字：核能、核能發(fā)展、發(fā)展停滯、未來前景、可控核聚變

“毫無疑問的，人類更古老的、與猿更相似的史前祖先，會(huì)反對烹煮食物這項(xiàng)創(chuàng)新，同時(shí)會(huì)擺出道理，指出使用火這種新動(dòng)力是非常危險(xiǎn)的。我個(gè)人十分肯定，我們周圍隨時(shí)都有可以使用的次原子能源，總有一天，總有一天，總有人會(huì)釋放并且控制這種幾近無窮的力量......”

——1922年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主弗朗西斯·阿斯頓

一、襁褓中的核電

（一）馴服中子

可以說，近代物理學(xué)的進(jìn)步向世人證明了愛因斯坦偉大方程式E=MC2的正確性。原子核裂變時(shí)可以產(chǎn)生驚人的能量——一克“鈾235”完全裂變所產(chǎn)生的熱能相當(dāng)于2.8噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所產(chǎn)生的熱值。

如何才能將理論付諸于實(shí)踐呢？答案在于“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。隨著回旋加速器的發(fā)明，科學(xué)家們對中子有了更深入的了解。1938年，德國科學(xué)家完成了第一次原子核裂變實(shí)驗(yàn)。在英語中，細(xì)胞“分裂”與核“裂變”是一個(gè)詞，原因是核裂變與細(xì)胞的分裂有著相似之處。但不同的是裂變需要中子的撞擊，只有“自行維持”的裂變反應(yīng)才能被稱為“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。

要使反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，“慢化劑”必不可少。這是一種中子速度減慢的材料，水就是一種慢化劑。常見的慢化劑還有石墨，石墨是碳的一種，但原子排列方式與煤不同，因而具有其所不具備的優(yōu)越性能。

（二）核電問世

核能的巨大潛力很快就被人們所認(rèn)識，其商業(yè)價(jià)值也被發(fā)掘?？煽氐暮肆炎儾煌谠訌?，其可以用來發(fā)電，是謂核電。

核電的原理并不復(fù)雜，簡單來說就是“燒開水”，核裂變產(chǎn)生的巨大熱量加熱水成高壓高熱蒸汽，帶動(dòng)發(fā)電輪機(jī)發(fā)電。

1951年美國進(jìn)行了首次運(yùn)用反應(yīng)堆發(fā)電的嘗試。這組反應(yīng)堆用鈉鉀合金作為冷卻劑，熱功率1400千瓦。

美國在此方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，雖然規(guī)模加大，但基建費(fèi)減低，發(fā)電成本大大降低。發(fā)電成本的大大降低，展示出了核電的強(qiáng)大生命力。這一時(shí)期，各發(fā)達(dá)工業(yè)國家發(fā)展迅速，對電力的需求也是幾何增長。出于對化石燃料供應(yīng)的擔(dān)憂，他們把目光投向了新生的核電。從20世紀(jì)60年代中期到80年代初，核電與人類度過了一個(gè)“蜜月期”，期間核電高速發(fā)展，鼎盛時(shí)期每個(gè)月都會(huì)有1-2座核電站投入運(yùn)行。

二、核電的陰霾

(一）切爾諾貝利寒冬

從上文來看，核電的發(fā)展是否就一片光明呢？倒也未必，究其原因，還是因?yàn)楹穗娭械摹昂恕弊帧?/span>

早期的核反應(yīng)堆采用石墨堆芯冷卻，這種第二代核反應(yīng)堆不僅是最古早的投入生產(chǎn)的核反應(yīng)堆，還是安全性能堪憂的一代。以切爾諾貝利核電站為例，因其位于內(nèi)陸，冷卻劑是內(nèi)循環(huán)的，且采用石墨作為控制棒。但在某些情況下，石磨棒不僅不能停車，反而成了助推反應(yīng)的油門。出于材料的性能不足和設(shè)計(jì)的缺陷，這類反應(yīng)堆往往有著不小的安全隱患。

1986 年 4 月 26 日，當(dāng)?shù)貢r(shí)間凌晨 1 點(diǎn) 23 分 47 秒，切爾諾貝利核電站的?4號核反應(yīng)堆功率災(zāi)難性、大規(guī)模地激增，導(dǎo)致堆內(nèi)蒸汽爆炸，撕裂本就不符合要求的反應(yīng)堆的頂部，使核心暴露，并散發(fā)出大量的放射性粒子束流和氣態(tài)殘?。ㄤC - 137 和 鍶 - 90），使空氣中的氧氣與超高溫核心中的 1700 噸可燃性石墨減速劑充分接觸，燃著的石墨減速劑適得其反反而加速了放射性粒子的泄漏。隨后放射性粒子隨風(fēng)穿越了國界，為整個(gè)歐洲蒙上了一層厚厚的陰霾。

切爾諾貝利核事故無疑是人類災(zāi)難史上黑暗的一幕。不論是救援，政府的應(yīng)急，還是善后處理都存在著種種問題，但歸根結(jié)底是因?yàn)槿祟愡^于自信以及對核安全的疏忽。切爾諾貝利的慘痛教訓(xùn)告訴世人核電絕非良善之輩， 也給核科學(xué)家敲響一記警鐘。

（二）棄用抉擇

科學(xué)家們從未敢對“核”大意，早在切爾諾貝利事件之前就為核電站設(shè)置了四道防線：第一燃料本身是陶瓷塊，具有穩(wěn)定性。第二是燃料原件包殼。第三是反應(yīng)堆的壓力容器，使傳熱工質(zhì)與核燃料隔開。最后一道屏障也就是人們所熟知的安全殼。其上組成是謂核島，將核電內(nèi)循環(huán)與外界隔離開來。

不過，沒有絕對的安全，上世紀(jì)70年代以后核電事故頻出，大大小小的問題困擾著科學(xué)家也打破了人們對核電的美好愿望。人們在這時(shí)才意識到，核能是把雙刃劍，是一把高懸于頭頂?shù)倪_(dá)摩克里斯之劍。

除了事故風(fēng)險(xiǎn)，如何妥善處理放射性廢物也是一個(gè)問題。有些放射性廢物的放射性甚至能夠持續(xù)數(shù)千年之久。此外，核電站的經(jīng)濟(jì)性也遭到質(zhì)疑。以核反應(yīng)堆拆除的成本為例，反應(yīng)堆所在地的所有放射性物質(zhì)都要被處理，拆除過程耗時(shí)耗財(cái)。所以用核能發(fā)電并不便宜。

出于這些考慮，核電在一些國家逐漸被判了“死刑”。以歐洲發(fā)達(dá)國家德國為例，隨著綠黨與社民黨的聯(lián)合執(zhí)政，廢核法案被提上議程。日本的福島核災(zāi)難更是在全世界范圍內(nèi)掀起一股反核浪潮。在福島事件后不久，德國就宣布關(guān)停多座老式核電站并于2022年徹底關(guān)停本土核電設(shè)施。

在發(fā)展核電的問題上，歐洲不出意料的團(tuán)結(jié)，歐盟也對核電的發(fā)展持保留態(tài)度。而中國核電在確保安全的前提下短短幾十年間取得了階段性的發(fā)展。截至2020年，我國核能發(fā)電裝機(jī)占比約2.3%，發(fā)電量占比約4.9%，自秦山核電站正式投入商運(yùn)以來，我國核能發(fā)電量已累計(jì)達(dá)到2.6億萬千瓦時(shí)以上，等效減排二氧化碳約21億噸，為“碳達(dá)峰”與“碳中和”做出了巨大貢獻(xiàn)。

三、核電的未來

（一）人造太陽

從目前來看，相比于老牌化石能源核電確實(shí)不具有競爭硬實(shí)力，但核電作為一種高效清潔能源，在過去五十年里避免了約740億噸的二氧化碳排放，相當(dāng)于近兩年的全球能源排放總和。值得一提的是，迄今為止使用的核電都是“核裂變”與之相應(yīng)的是“核聚變”。

聚變產(chǎn)生的能量是驚人的，1KG核聚變材料所釋放的能量相當(dāng)于7000噸汽油或一萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。這意味著，人類可以徹底解決眼前的能源問題。

核聚變的材料氘常見于海水中，而開采聚變材料的過程也遠(yuǎn)比核裂變安全。此外發(fā)電后幾乎沒有放射廢料且資源儲(chǔ)量非常可觀。

核聚變技術(shù)看起來可以完全解決能源問題，為何不見核聚變的商業(yè)化反應(yīng)堆投入使用呢？

簡單來說，是因?yàn)楹司圩兊牟豢煽?，任憑誰也不想在自家里頭埋顆氫彈?？梢哉f，核聚變不難，難就難在“可控”二字。

如何才能馴服“核聚變”呢？面臨著這樣的世紀(jì)難題，科學(xué)家們早在20世紀(jì)50年代就開始了研究。托卡馬克裝置應(yīng)運(yùn)而生，這是一種磁環(huán)線圈加速裝置。如今，我國的東方超環(huán)EAST啟用，開啟了人類對核聚變研究的新篇章。而這類裝置也被科學(xué)家們冠以“人造太陽”之名。

（二）新生的太陽

核聚變目前面臨的難題有三：可控性、規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性。正因如此，可控核聚變這條道路才顯得困難重重。遺憾的是，離2050年已經(jīng)不遠(yuǎn)，而核聚變的理論研究仍在路上。目標(biāo)似乎還很遙遠(yuǎn)，但是如果人類真的想要一勞永逸地解決能源問題，核聚變將會(huì)是人類踏足星辰大海的關(guān)鍵“科技樹”。核電鞭策著人類又引導(dǎo)人類發(fā)展，而發(fā)展核聚變將是核電這把達(dá)摩克里斯之劍最好的歸宿。

參考文獻(xiàn)

阿爾弗雷德·克勞士比《人類能源史——危機(jī)與希望》

《我國核能發(fā)展的再研究》

《百年印記|核能：從研發(fā)原子彈到躋身核電大國》

《歐洲核電重啟？》

《中國核電如何有效走出去 “借船出?！币呀?jīng)著陸》