和平利用原子能

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【摘要】：和平利用原子能和平利用原子能第二次世界大战末期，美国向日本广岛和长崎投下原子弹，造成巨大的杀伤和破坏，迫使日本迅速宣布无条件投降，显示了原子能的巨大威力。原子能的和平利用始于第二次世界大战之后。虽然5000千瓦并不很大，但它揭开了人类和平利用原子能的新纪元。此后，法国和其他一些国家也先后建立核电站，开始了大规模利用原子能发电的新时期。

和平利用原子能

第二次世界大战末期，美国向日本广岛和长崎投下原子弹，造成巨大的杀伤和破坏，迫使日本迅速宣布无条件投降，显示了原子能的巨大威力。但是，两颗原子弹杀伤的数十万人，几乎都是无辜的和平居民，因此也引起了全世界人民的强烈反应，更多的人开始觉醒，反对使用原子武器的正义呼声日益高涨。

原子弹爆炸时，核裂变的主要发现者哈恩正在英国受监禁，他听到这个消息时几乎惊呆了，他根本没想到他的科学发现竟被用来制造超级杀人武器，这种可怕的后果令他心情无法平静。

当初，爱因斯坦、西拉德、泰勒、维格纳等科学家，建议美国研制原子弹的目的，是为了避免纳粹德国抢先生产和使用原子弹而给人类造成无穷的灾难。可是，到1945年初，他们确知德国根本没有研制原子弹时，便又转而担心美国使用原子弹去轰炸别的国家。于是爱因斯坦、西拉德、维格纳等科学家积极为反对原子弹而奔忙，他们写信给美国总统，联名上书给国防部长，给白宫写紧急请愿书，呼吁反对原子弹。然而这些科学家的行动无济于事，原子弹仍然问世并用于战场，造成日本50万和平居民的巨大灾难。

1945年12月10日，爱因斯坦在纽约纪念诺贝尔的宴会上发表演说，希望以此唤起科学家的社会责任感，努力为争取世界和平、社会进步和人类福利而研究科学。

原子能的和平利用始于第二次世界大战之后。1951年，美国在爱达荷州建成一座增殖反应堆，12月20日这座反应堆释放的核能第一次发出了电力。这次实际试验证明，原子核能发电是可行的。

1954年6月27日，前苏联在奥布宁斯克建成世界上第一座原子能发电站，这座核电站的反应堆是浓缩铀石墨水冷却堆，热功率3万千瓦，发电功率5000千瓦。虽然5000千瓦并不很大，但它揭开了人类和平利用原子能的新纪元。

1956年10月17日，英国的考尔德·哈尔核电站投产运营，它的核反应堆是天然铀石墨二氧化碳气冷堆，发电功率为9万千瓦；1958年5月26日，美国威斯汀豪斯公司在宾夕法尼亚州的希平波特建成一座小型民用核电站，发电功率为6万千瓦。此后，法国和其他一些国家也先后建立核电站，开始了大规模利用原子能发电的新时期。

到20世纪80年代中期，全世界有30个国家的400余座核电站营运发电，装机总容量达2．5亿多千瓦。而且专家们估计，今后核电在能源中的比重会越来越大，它是一种最有前途的能源。

核电站远景

核电站之所以能迅速发展起来，首先是因为核电能源强大。我们拿核能与化学能做个比较，1公斤混合好的碳和氧发生燃烧变成一氧化碳会放出920千卡的能量，而1公斤汞原子核裂变则放出100亿千卡的热量，核能比化学能大1000万倍。据计算1公斤铀—235原子核完全裂变释放的能量，相当于3000吨煤燃烧的能量。这么高的能量是从哪里来的呢？科学家们已经知道，这些能量是由质量转化来的。根据爱因斯坦的质能关系式，可以计算出核反应能量的大小。例如，重原子铀核裂变时，有0．1%的质量转化为能量，1公斤铀裂变放出的能量为1×10¹⁵焦耳。

从经济的角度看，核电是一种廉价的能源。早期的核电站，由于功率小，基本建设投资较大，成本比较高。但核电站的燃料和运行费用比较低，因此，核电站功率越大越经济，成本也越低，一般都要在100万千瓦以上。到了80年代，由于大功率核电站技术已经成熟，其发电成本已经比一般的火力发电低30%左右。普通火力发电站仅燃料煤的运输和贮存就要花费不小的资金，而核电站的燃料用量少、体积小、重量轻、贮存和运输都相当方便。正因如此，核电站可以建造在运动的装置上，如核电驱动的舰船等。

从燃料资源来看，核电站所用的燃料铀，在地壳中是一种相当普遍的元素，平均每吨岩石中有2克铀，比黄金多几百倍，只是分散而已，现已勘察有开采价值的铀矿储量几百万吨。海洋中含铀更多，有数十亿吨，从海水中提取铀的方法业已研究出来。还有元素钚等，也可以用做核电站的燃料。

从环境保护的角度来看，核电是一种最干净的能源。普通火力发电厂以煤为燃料，煤在燃烧过程中生成大量的二氧化碳，这就加剧了地球的温室效应；石油燃烧时，除放出二氧化碳之外，还有氧化氮和二氧化硫等有害气体，不仅严重污染空气，还能造成酸雨。核电站利用核反应堆释放的热能，使水变成高温蒸气，推动蒸汽轮机旋转，从而带动发电机发电。核电站反应堆使用的燃料铀，裂变的最终产物是钡和氪，这一过程几乎不产生任何有害气体和烟尘，因此，只要正常运转，核电站就很少对环境造成污染。国际原子能机构总干事布利克斯指出，如果我们这个世界既想满足能源需要，又不至威胁自然环境，就必须更多地使用核电。

既然原子弹的爆炸威力那么大，核电站会不会爆炸呢？这就是核电站的安全问题，也是核能利用的首要问题。核电站的反应堆与原子弹不同，反应堆的中心部分是活性区，它由燃料棒、减速剂、冷却剂和控制棒组成，活性区外包着石墨反射层，再外面是水和水泥制作的保护层，还有其他安全保护装置和自动报警、自动控制等装置。这就是核电站防止核泄漏和爆炸事故的安全措施，我们可以称之为“层层设防”和“自动保安”。反应堆里的每根燃料棒重量受到严格限制，如果使用纯铀就不得超过260克。核裂变反应自始至终受到严格控制，整个反应过程既不过快，也不过慢或停止，而是保持在一定水平上进行。

反应堆中，每根燃料棒彼此被减速剂和控制棒隔开，减速剂的作用是使核裂变产生的快中子能量减小而变为慢中子，因为快中子很容易在击中铀核之前就飞出去，只有慢中子才能有效击破铀原子核。1个快中子撞击200个碳原子或50个重氢原子后变为慢中子，纯碳石墨和重水是常用的减速剂。冷却剂的作用是保持反应堆内的温度不致过高，以免烧坏或造成熔堆事故，同时把核裂变释放的热能输送出去。水、重水、二氧化碳等都可用做冷却剂，如果用水作冷却剂，可以直接变成高温蒸汽去推动汽轮发电机发电。

控制棒能吸收中子，它用金属镉做成，所以也叫镉棒。如果把镉棒插入反应堆孔洞很深，它就会吸收大量中子，使核裂变速度放慢，甚至完全停止；把镉棒拉出来一些，则会有较多的中子自由活动，使反应加快。通过改变镉棒插入的深度，来调节自由中子的数量，达到控制核裂变链式反应速度的目的，这就像管道阀门控制气体和液体流量一样。因此，正常运转的核电站不会爆炸。