核发电的利与弊
核能发电的利与弊
时间：2010-05-07 15:50:34 来源：科易网
　  在全球发展低碳经济的大背景下，新能源成为越来越热的话题。其中关注最多的包括风能、太阳能、海洋能等的利用，这些能源的利用方兴未艾，投资前景看好。但面对任何一项新技术或新能源的利用，我们都应该本着科学的态度，从正反两个方面全面看待，合理开发、合理利用，使新能源和新技术真正造福于人类。
　  核能给我们的印象有点神秘，还有一些恐惧。它的缺点和优点，都可以从全球的核武器中体现出核能巨大的威力和杀伤力。核能，"冰火两重天"的个性，在核能发电上引起了巨大的争议。
  核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc²；其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放：核裂变，打开原子核的结合力；核聚变，原子的粒子熔合在一起；核衰变，自然的慢得多的裂变形式。
  核能发电的过程概括就是：核能-水和水蒸气的内能-发电机转子的机械能核电站利用什么发电-电能。
  核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
  核能发电——利
  核能发电最大的优势就是我们所认识的，能量巨大。它以少量的核子燃料即可产生大量的能量。低浓缩铀1吨具有相当于约5万吨的重油之能量。除此之外，核能发电的优势还有以下几点：
  1、污染低。核能发电的方式是：利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电。核能发电不会排放巨量的污染物质到大气中，不会造成空气污染。尤其是同火电站相比，核能发电不会产生地球温室效应的"罪魁祸首"--二氧化碳。核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。
  2、从燃料资源上而言，地球有望供应。世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，全球铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源、可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。
  3、运输方便、成本低。核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。例如，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。
 
  核能发电——弊
  核能发电的弊端也是显而易见的，最让人恐惧的就是核辐射污染。虽然核能发电的技术已经非常成熟，但包括核泄露和核废料处理对环境生命产生致命伤害的核辐射污染时常遭到部分环保人士的反对。此外，还存在热污染等情况。
  1、核废料处理需严谨。使用过的核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射性，因此必须慎重处理。一旦处理不当，就很可能对环境生命产生致命的影响。核废料的放射性不能用一
般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。
  目前，国际上处理高放射性核废料的方式主要有"再处理"和"直接处置"两种。"再处理"主要是从核废料中回收可进行再利用的核原料；"直接处置"是指将高放射性废料进行地下埋藏，一般经过冷却、干式储存、最终处置三个阶段。美国就一直采取地下掩埋的措施来处理核废料。在内华达州北部的丝兰山脉，已有1.1万个30―80吨的处理罐被埋在地下几百米深处的隧道里。
  2、热污染。核能发电热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。
  3、核能发电被认为存在风险。核裂变必须由人通过一定装置进行控制。一旦失去控制，裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。全球已经发生了数起核泄露事故，对生态及民众造成了巨大伤害。有些环保人士就认为，和其他可再生能源相比，核能并不是一种安全的能源。
  公元1986年4月26日凌晨，位于今天乌克兰的苏联第一座核电站--切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸，重达8吨多强辐射物质喷发泄漏，造成核能史上最惨重的灾难。事故发生后，白俄罗斯损失了20%的农业用地，220万人居住的土地遭到污染，成百个村镇人去屋空。近核电站7公里内的松树、云杉凋萎，1000公顷森林逐渐死亡。30公里以外的"安全区"也不安全，癌症患者、儿童甲状腺患者和畸型家畜急剧增加；即使80公里外的集体农庄，部分生下来的小猪也被发现出生缺陷。上述怪症都被称为"切尔诺贝利综合症"。
  核能发电的前景
  节能减排目标的制订、能源结构调整，中国核能发展空间巨大。
  我国核电经过20多年的发展，核电设计、建设和运营水平明显提高，核电工业基础已初步形成。进入21世纪后，我国核电发展方针由"适度发展"到"推进发展"，最后确定为"积极发展"。
  据统计，截至2009年，我国已建成的核电装机容量为913万千瓦，而在建与已获准的装机容量也达3858万千瓦，居世界核电在建规模之首。预计2020年，建成核电装机容量为7000
万千瓦，在建3000万千瓦，占总装机容量的比例由4%调高至8%。依据这个目标，按照12500元/KW的造价，整个核电市场的空间年均将有800亿元，行业前景非常可观。
  从全球看，利用核能产生核电的比重占20%的国家已经很多。而我国当前利用核能产生的核电在整个电力装机容量中的比重仅为1%，因此中国未来核能发展有很大的空间。
科学家们认为，理想的洁净能源是实现太阳一样的可控核聚变。实现核聚变最好的燃料是氘和氚，这两种元素是氢的同位素，在地球上储量非常丰富。氘和氚燃烧后，其聚变产物是惰性物质氦，对环境没有任何污染。这样，人类就不但解决了能量的来源问题，能源的洁净问题也会得到彻底解决。
其实，人类实现核聚变如“爆炸”已经30多年了，但为什么核聚变反应的和平利用问题却一直得不到解决呢？主要原因是核聚变反应所要求的温度、压力等条件太高，除了让其“爆炸”之外，目前尚不能在可控的范围内实现。据估计，人类至少还需要80至100年时间，才能解决和平利用核聚变的技术问题。也就是说，在解决核聚变技术问题之前和化石能源耗尽之后，人类的能源将出现几十年的“真空”。那么，用什么来填补这个真空呢？
如果再把核裂变时产生的核废料问题解决了，人类对核能的利用将展现出美好的前景。
核裂变产生的核废料中共有200-300种放射性核元素，从理论上讲这些核废料都是可以做到再利用的。目前，用作核燃料的裂变后所产生的核废料，主要是碘129和锝99等。它们都带有极强的放射性，寿命均大于50年。
目前人类实现的核是原子核在中子的轰击下造成的碎裂反应。但由于中子不带电，能量不能人为控制，而质子同中子质量相同，并带有一个正电荷，可以通过加速器进行能量控制。用加速后的质子轰击原子核，就能生产出能量合适的中子。这种质子通过电离氢原子即可得到。
比如，氢化钛在加速器中被轰击电离，就可产生大量质子，形成质子源。质子源在中能强流质子加速器的作用下，产生质子束并轰击大块重金属靶，就可形成极强的中子源——散裂中子源，再用散裂中子源次临界反应堆，就可产生有选择的核裂变反应。
核燃料在中子轰击下裂变的同时能产生核废料，而核废料在适当强度和能量的中子轰击下，又能有选择地被嬗变成稳定的元素。实验和理论都已证明，大多数锕系核元素都可以在快中子或高强度的热中子环境中裂变。而毒性大的裂变产物（如钚239）也可以被热中子嬗变掉，这就是核废料的洁净化过程。此外，在合适能量中子的轰击下，还可燃烧地球上含量丰
富、但在普通裂变堆里不能燃烧重元素（如钍等新的核燃料）。
中子在反应堆中有益和有害两种作用同时存在，并且相互竞争，使我们有机会选择合适强度和能量的中子以改变各种作用相对关系，使之兴利去弊，造福人类。洁净核能源就是在现在的反应堆之外再设置一个中子源，给反应堆人为地造成精心设计的中子环境，在提供能量的同时，增殖核燃料和嬗变核废料，使反应堆在无高放射性核废料输出的情况下运行。
现在，洁净核能源的概念设计已经基本解决，基本技术也积累了不少经验，估计在20年后投入应用。那时，地球上储量丰富的钍等元素都能裂变燃烧。按目前最保守的估计，也能解决人类60到100年的能源问题。这以后核聚变技术将会成熟，人类可利用核聚变来提供能源。

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