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第78章 21世纪的能源——核能

第八章 核技术

第一节21世纪的能源——核能

 核聚变——人类未来能源的希望

人类自1973年以来,共向地球索取了5 000亿桶(约合800亿吨)石油,剩

下的石油按现有生产水平匡算,还可保证开采44年。天然气也只能持续开采56年,一些

国家的煤炭资源已采掘殆尽。

矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”,而且大约在200年之内,石油、煤和天然

气资源都有枯竭之虞。从长远来看,核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源,人类将

从“石油文明”走向“核能文明”。

世界上的每一种物质都处于不稳定状态,有时会分裂或合成,变成另外的物质。物质无

论是分裂或合成,都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子,就叫核聚变,太阳就是依

此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的,目前的核电站也是利用

核裂变而发电。

核裂变虽然能产生巨大的能量,但远远比不上核聚变,裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,

不仅产生强大的辐射,伤害人体,而且贴害千年的废料也很难处理;核聚变的辐射则少得多

,核聚变的燃料可以说是取之不尽,用之不竭。

核聚变要在近亿度高温条件下进行,地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变

原理造出来的氢弹,就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热,来触发核聚变起燃器,

氢弹得以爆炸。但是,用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸,却不适用于核聚变发电,因

为电厂不需要一次惊人的爆炸力,而需要缓缓释放的电能。

激光技术的发展,使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前,世界上最大激光输

出功率达100万亿瓦,足以“点燃”核聚变。除激光外,利用

超高额微波加热法,也可达到“点火”温度。世界上不少国家都在积极研究受控热核反应的

理论和技术,美国、俄罗斯、日本和西欧国家的研究已经取得了可喜的进展。

1991年11月9日17时21分,物理学家们用欧洲联合环形聚变反应堆在18

秒钟里再造了“太阳”,首次实现了核聚变反应,温度高达2×108℃,为太阳内部温度

的10倍,产生了近2兆瓦的电能,从而使人类多年来对于获得充足而无污染的核能的科学

梦想,向现实大大靠近了一步。

我国自行研制的最大的受控核聚变实验装置“中国环流器一号”,已在四川省乐山地区建成

,并于1984年9月顺利启动,它标志着我国研究受控核聚变的实验手段,又有了新的发

展和提高,并将为人类探求新能源事业做出贡献。美中两国科学家分别于1993年和19

94年在这个领域的研究和实验中取得新成果。

目前,美、英、俄、德、法、日等国都在竞相开发核聚变发电厂,科学家们估计,到2

025年以后,核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后,受控核聚变发电将

广泛造福人类。

核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体3He(氦-3),氘和氚在地球上蕴

藏极其丰富,据测,每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚变产生的能量相当于30

0升汽油,这就是说,1升海水可产生相当于300升汽油的能量。一座100万千瓦的核

聚变电站,每年耗氘量只需304千克。

氘的发热量相当于同等煤的2 000万倍,天然存在于海水中的氘有45亿吨,把海水

通过核聚变转化为能源,按目前世界能源消耗水平,可供人类用上亿年。锂是核聚变实现纯

氘反应的过渡性辅助“燃料”,地球上的锂足够用1万年~2万年,我国羌塘高原锂矿储量

占世界的一半。

科学家们发现,以3He为燃料的核聚变反应比氘氚聚变更清洁,效益更高,而且与放

射性的氘氚不同的是,3He是一种惰性气体,操作安全。获得过诺贝尔奖金的科学家博格

、美国总统军备控制顾问保罗·尼采1991年曾撰文说,没有其他能源能像3He那样几

乎无污染。

1986年起美国威斯康星州的麦迪逊就成了3He研究中心。只要从月球上运回25吨3

He,就可满足美国大约一年的能源需要。目前,全球每年的能源消费大约1 000万兆瓦,

按联合国1990年公布的数字,到2050年时将会猛增至3 000万兆瓦,每年

从月球上开采1 500吨3He,就能满足世界范围内对能源的需求。

按上述开采量推算,月球上的3He至少可供地球上使用700年。但木星和土星上的

3He几乎是取之不尽,用之不竭的。综上所述,可以看出,核聚变为人类摆脱能源危机展

现了美好的前景。

 核能的应用

如果说20世纪的伟大科技成果之一,是人们打开了核物理的大门的话,那么,可

以预计,21世纪将是核能与核技术全方位应用的新时代。

21世纪一旦核聚变能被利用起来,将会使人类彻底摆脱能源危机。我们设想,到那时,廉价

的能源将使21世纪成为一个能量富足的时代,可生产出更丰富更新型的产品,而成本更为

低廉。例如,可以从海洋中提取更多有用的元素,像金和铂。利用金和铂耐腐蚀的优良特性

,来制造耐腐蚀的储槽、阀门、管道等,可延长其使用寿命而不用频繁更换。

此外,从海水中提取矿物质的核工厂生产过程中的副产品——蒸馏水,也非常有用,可以通

过管道将它们输送到水源短缺的地方,实施庞大的灌溉计划,改造农田。生产过程中产生的

热量还可以送入城市,用于取暖或作为热源。核能除了发电之外,还可以用于炼钢,推动动

力机械,海水淡化处理,建筑物供热采暖,空调制冷及热水供应等。

低温核供热反应堆是一种既清洁、经济又安全的理想新热源。建设一座20万kW的供热堆

,每年消耗核燃料二氧化铀仅1吨,它可以为500万平方米的建筑物供暖。利用核能还可

以对海水进行淡化处理,以解决缺水问题。

中子照相已成为一种新的无损检验方法,它可以弥补X射线和γ射线照相不足之处,进行一

些它们鞭长莫及的工作。如可以检验飞机、航天器、火箭等装置内部零件的结构状况和质量

,文物的内部无损检验等。

可以预计,21世纪是核能与核技术在医学中广泛应用,并取得重大发展的时代。除了现有的

核医学诊断治疗技术之外,中子治疗癌症是比较有前途的方法之一。这是因为许多癌组织对

硼有较好的吸收效果,同时硼又有吸收中子的能力,在它被癌组织吸收后,经中子辐照,硼

-10会变成锂-7,并放出α粒子,α粒子的射线能量转移较高,可以更有效地杀死癌细胞

。

核能还可作为宇宙飞船的动力,到那时,人们可以到其他星系去旅游。21世纪,人们可以

对“老天爷”——天气发号施令。人类将充分利用核能与大自然抗衡。到那时,不会因天气

情况影响飞机的起降,没有飞机会因机场封冻不能着陆,因为我们可设法在飞机水泥跑道下

面安装蒸气管道。

不难预料,未来的时代将是科学技术日新月异的时代,是人类学会和自然和谐相处的时

代,是经济和文明继续高速发展的时代,也是核能与核技术全方位应用的新时代。未来的核

能时代将成为人类历史上最光彩夺目、最美好的时代。