核能的和平利用

核能在一瞬间释放出来就是核弹的爆炸，如果让链式反应在人的控制之下，就可以利用核的裂变核聚变所释放的能量。事实上，从反应堆到核电站只有一步之遥。1951年几个美国人曾把一座反应堆与发电机连在一起，点燃了一排房间里的电灯。第一座核电站是苏联建造的，在1954年6月开始发电，功率5000千瓦。1956年，英国建造的一座5万千瓦的核电站投入使用，1958年美国的6万千瓦核电站开始发电。核电站在全球各国逐渐发展起来，到1991年全球运行的核电站已经有400多座。

法国本是能源短缺国家，自1970年代开始发展核电，到1993年，已经有了67个核电站，核电总量仅次于美国，在自己使用之余，还可向临国供应。目前在中国有两座核电站在运行，一是秦山核电站，另一是大亚湾核电站。秦山核电站是1981年列入计划的，1985年开工建造，1991年12月正式并网发电，装机容量为30万千瓦，它是我国的第一座核电站。大亚湾核电站位于广东，装有两台90万千瓦的核电机组。

从总的结构来说，核电站与火电站差不多。它们都是通过燃料加热产生水蒸气，再推动汽轮机发电。把热能转换成机械能再转换成电能。不同的是火电站的初始能源是煤或者石油燃烧释放出来的化学能，核电站的初始能源则是铀或者钚裂变释放出来的核能。核电站的核心是核反应堆，其基本原理与1942年费米制造的反应堆大体相同。核裂变释放能量，使反应堆发热，冷却剂将热量带出反应堆，推动热轮机，带动发电机发电。与火电相比，核电站占地少，效率高。核电站不像工厂，更像个研究所。而且，比火电和水电成本更低。

由于自然界中容易裂变的元素含量非常少，反应堆的燃料来源必须解决。费米提出了增殖反应堆的概念。就是在反应堆中放置天然含量较高的铀238或者钍232。铀235裂变平均产生2.5个中子，如果让其中一个维持链式反应，就可以有1.5个中子被铀238或者钍232吸收。铀238吸收中子可转变为钚239，钍232吸收一个中子可转变成铀233，钚239和铀233都是容易裂变的元素。这样，反应堆在发电的同时还能生产新的燃料，核燃料的成本就大大降低了。

核反应堆可以作得很小，核能除了大规模发电以外，还可以为潜艇、商船等提供动力。美国在制造核电站之前，首先把核动力用在潜艇上。第一艘核潜艇是美国制造的“鹦鹉螺”号，它于1954年1月21日下水。目前全世界有5个国家拥有核潜艇，其中包括中国。中国第一艘核潜艇是1970年12月26日下水的。核能为潜艇提供了强大的动力，美国的“三叉戟”核潜艇反应堆一次装料足可在海底潜航9年而不需要上岸。把反应堆装到船上去也是从美国开始的，1959年7月美国建成了一艘核动力商船，它干净漂亮而没有拖着浓烟的烟囱，一次填料可航行30万海里，相当于绕赤道12圈。苏联在1959年9月建成了一艘核动力破冰船。

核反应堆还被送上太空，为航天器提供能源。1965年美国在人造卫星上装了第一个空间微型核电站，其反应堆体积比现在一个电脑显示器还小。此外，利用放射性同位素还可以制造出功率在几百瓦之内的原子电池，它比太阳能电池更为精巧，在许多领域大显身手。如在1970年，两名法国医生就曾把一个用钚238原子电池做动力的心脏起搏器安置在一位病人的体内。

●同位素应用

同位素大约是最早应用的核技术。

由于同位素之间的化学性质相同，用人工制造的放射性同位素参加生物及化学反应，就可以用放射性探测跟踪参加反应的元素，可以对其反应过程的了解达到分子原子水平。这就是同位素示踪技术。

同位素示踪被广泛地应用到工业、农业和生命科学等多种领域。比如用碳14、氧18同位素研究光合作用，可以深入了解叶绿素如何利用二氧化碳和水。用放射性同位素制成食物，可以清楚地了解食物的消化、吸收以及排泄过程。还可以用这种方法了解一种新药在不同时间所到达的人体部位。又如一个发生泄漏的地下管道，在管口一端输入有放射性同位素的液体或气体，就可在地上根据放射性的探测知道泄漏点在何处。石油在管道内的流速也可以用这种方法测出。

同位素示踪技术是1912年匈牙利的赫维西（George de Hevesy）首先试用的，他因此获得了1943年的诺贝尔化学奖。

天然的放射性同位素也有其可用之处。最常用的就是用碳的放射性同位素碳14来确定生物体遗骸和其它地质样品的年龄。这是W.F.利比与1947年发明的。大气中二氧化碳中的碳14浓度有一个固定的量。活的生物体由于与大气不断地进行交换，其体内的碳14浓度与大气相同。生物死后，不再与大气进行交换，其体内的碳14将不断减少。通过测量生物体遗骸中的碳14浓度，就可以推算出它的死亡时间。碳14测定年龄的方法在考古学、人类学、地质学等领域有着极其广泛的应用。碳14的半衰期是5730年，所能测得的年龄上限为四五万年，超过这个年龄，碳14所剩无几，测量的误差就比较大。但是，可以用其它的半衰期比较长的放射性同位素来测量。

●核辐射应用

辐射的直接应用

辐射最早的直接应用是在医学上，就是X光透视。到现在，辐射在医学上的应用已经相当广泛。比如用钴60的γ射线，或者电子直线加速器的高能电子束消毒。再如用钴60等辐射治疗肿瘤等。在农业上的应用也很多。1927年，L.J.施塔德勒在培育玉米种子时发现X射线能诱发植物的基因突变，从此发现了辐照育种这项技术。后来发现的新的射线源被应用到育种上来。许多国家利用裂变反应堆提供的强大辐射进行辐照育种。射线能诱发植物基因发生突变，使得原来靠自发突变的育种过程大大缩短。辐射可以导致昆虫不育，可以培育出大量不育昆虫，使之与正常昆虫交配，将使昆虫下一代数量减少，从而达到灭虫的目的。

活化分析

活化分析是利用中子、带电粒子和γ射线等将样品活化，通过分析其衰变特征，从而推断出样品成分的一种技术。如中子活化，就是将样品用慢中子照射，样品中的元素吸收一个中子，就会变成放射性同位素，停止照射后，观察这些它们的衰变特征，由于不同元素的衰变特征不同，就可以探知样品中元素的成分。活化分析的灵敏度非常高，甚至只要有1兆亿分之一克的样品就可以进行分析。

中子照相

中子照相是利用中子穿透物体时的衰减情况，示物体内部结构的一种技术。中子照相与X光照相类似。但是X光不能穿透金属，而中子可以。比如中子照相可以知道金属内部是否有空洞，是否均匀。航天飞机上的重要零件都需要用中子照相来证实它们的质量。中子照相还可以用在考古上，中子照相曾经显示，中国古代的一个铜鼎的一只腿是断而再续的。

原子能的和平应用有着广泛的前景，前面所讲的只是其中一小部分。中国古语说，有一利必有一弊。人类发展到今天，所应用的能源经过了一系列的变化。原始的人类只是用自己的体力在大自然中生存，后来学会了用火，文明进一步发达，又能够利用水力。但真正使人类文明发生质的变化的是煤。工业革命期间，随着蒸汽机的大量使用，煤作为一种方便的人工能源，使人类可以比较容易地获得比自己的体力大得多的力量。而在发电——热量与电力的转换技术——得以普及后，这种巨大的力量几乎可以随时可得了。正是依靠这种力量，人类使自然界发生了翻天覆地的变化，也是人类自身发生了重大改变。可以预期，氢聚变能一旦进入应用，将会使人类发生又一次巨大的变化。但是，这些改变并非完全走向好的方面。人工能源的大量使用，使得人类与自然的力量对比发生了质的变化，人类与自然的关系也有着质的转变。事实上，环境污染正是从工业革命开始的。人类技术呈指数飞跃的过程，同时也是人类对环境的污染呈指数飞跃的过程。而工业革命以前，人类还没有能力对自然进行大规模的破坏。

目前，尽管环境保护已经成为世界上大多数国家的共识，但是对环境的污染仍然在加重。对此，人类似乎还没有找到解决的办法。就如一辆冲下悬崖的重车，虽然知道等在前方的命运是什么，却无法停住。对此，似乎只能一往直前，希望在前进中找到解决的办法。

原子能的大量应用对于解决人类的能源危机是必要的，也是无法阻挡的。正如工业革命之初，没有人预料到如此严重的环境污染的后果；我们今天也无法预知，原子能的广泛应用会带来怎样的副作用。令我们感到安慰的是，以我们今天的科学看，原子能可以是安全的。尤其是氢聚变能，不仅是安全的，甚至可以说是干净的——因为它可以不产生难以处理的核垃圾。

既然人类无法退回到原始时代，无法退回到科学诞生以前的时代，那么，而无论未来发生什么样的问题，解决它的只能是：科学。

只是，对于未来保持一些忧虑，就可以使我们多一些谨慎，少犯一些错误。