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核能:從裂變邁向聚變

中國(guó)核網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2020-03-12 13:20:57

 

  迄今,核裂變能一直存在三大問題:能否安全運(yùn)轉(zhuǎn);原料能否保障供應(yīng);核廢料如何安全儲(chǔ)存。目前,幾個(gè)大國(guó)在加強(qiáng)國(guó)際合作的同時(shí)都在積極研究從核裂變邁向核聚變。

  如果受控核聚變得以實(shí)現(xiàn),人類將獲得安全、清潔、廉價(jià)和取之不竭的能源,從而在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的情況下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。據(jù)世界核能協(xié)會(huì)(WN A )統(tǒng)計(jì),截至2012年11月,全球共有30個(gè)國(guó)家運(yùn)行著436臺(tái)核電機(jī)組,總裝機(jī)容量為3 .74億千瓦;13個(gè)國(guó)家正在建設(shè)62臺(tái)核電機(jī)組,總裝機(jī)容量為6300萬(wàn)千瓦;27個(gè)國(guó)家計(jì)劃建設(shè)167臺(tái)核電機(jī)組,總裝機(jī)容量為1.82億千瓦。2012年全球核電鈾需求量為67990噸。

  核電站是利用原子核裂變反應(yīng)放出的核能發(fā)電的裝置。其核心是核反應(yīng)堆,它是一個(gè)能維持和控制核裂變反應(yīng)的裝置,在這里實(shí)現(xiàn)核能—熱能轉(zhuǎn)換。

  “棄核”還是“興核”!

  世界核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很不平衡。據(jù)世界核能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),截止2009年2月,全球運(yùn)營(yíng)的核反應(yīng)堆共436座,核電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)371927M W e,約相當(dāng)于全球電力裝機(jī)總?cè)萘康?%。

  進(jìn)入21世紀(jì)以來,一些國(guó)家掀起核電站建設(shè)新熱潮。2009年11月英國(guó)公布核能擴(kuò)建計(jì)劃,提出興建10座核電站。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2010年3月19日公布的“能源基本計(jì)劃”草案中心內(nèi)容包括將核能發(fā)電作為“低碳電力資源的核心”,計(jì)劃在2030年前至少新建14座核電站。韓國(guó)提出在2015年前,除在建的4臺(tái)核電機(jī)組外,再建8座核電站,將核電占比提升至45%。

  日本福島核電站事故發(fā)生后,一些國(guó)家展開“棄核”還是“興核”之爭(zhēng)。日本陸地面積僅占世界陸地面積的0.1%,卻集中世界每年發(fā)生地震的10%,不具備繼續(xù)擴(kuò)建核電站的自然條件,退出“核電大國(guó)”俱樂部在所難免。但日本國(guó)內(nèi)缺少化石能源資源,去核電化將影響仍不景氣的經(jīng)濟(jì)。

  核電站是利用原子核裂變反應(yīng)放出的核能發(fā)電的裝置。

  災(zāi)難與科學(xué)相伴

  世界第一座核電站運(yùn)行60多年來,已發(fā)生三次事故,越來越多的核廢料儲(chǔ)存也存在巨大隱患,特別是鈾等資源能否保證供應(yīng),引起各方關(guān)注。從核裂變邁向核聚變是核電業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨。

  核裂變?cè)现饕氢?。在全球已探明鈾礦資源儲(chǔ)量中,澳大利亞占25%,哈薩克斯坦占20%,其他鈾礦資源儲(chǔ)量較多的國(guó)家有加拿大、俄羅斯、烏茲別克斯坦和尼日爾等非洲國(guó)家。日本曾在1955年12月制定的《原子能基本法》中就明確把釷與鈾并列為核裂變“原料”。

  2010年9月,日本內(nèi)閣府原子能委員會(huì)代理委員長(zhǎng)鈴木達(dá)次就核裁軍和防止核擴(kuò)散提出“十項(xiàng)建議”中再次提出,應(yīng)開發(fā)釷核電技術(shù)。據(jù)科學(xué)家們估計(jì),全球釷礦資源儲(chǔ)量比鈾礦資源儲(chǔ)量多三、四倍,分布在許多國(guó)家,已探明釷礦資源儲(chǔ)量足夠世界使用100年。

  釷在反應(yīng)堆燃燒過程不產(chǎn)生钚—制造核武器的原料,不僅核廢料較少,而且放射性也比鈾少得多,是一種安全的核裂變?cè)稀?/p>

  “裂變”邁向“聚變”

  鈾、釷礦資源都是不可再生資源。因此,一些國(guó)家正大力研發(fā)從核裂變邁向核聚變。從核裂變邁向核聚變是核電業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨。

  目前,受控核聚變領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)有二:一是利用氫同位素為原料,二是利用氦-3為原料。

  氦-3是一種公認(rèn)的高效、清潔、安全核聚變?cè)?。椐科學(xué)家們估計(jì),100噸氦-3就可提供目前全世界一年的能源使用量。但是,在地球上氦-3的儲(chǔ)量極少,不具有開發(fā)價(jià)值。因此,一些國(guó)家正在研發(fā)利用氫同位素為原料,即核聚變?cè)现饕菤?、氘和氚。氘也叫重氫?公斤海水中含有0.034克氘,故地球海洋里有約23.4萬(wàn)億噸氘,足夠人類使用幾十億年。

  科學(xué)家從一升海水可提煉1/6克氘,其聚變后放出的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒釋放的能量。浙江大學(xué)物理學(xué)教授盛正卯介紹,從海水中提煉氘技術(shù)已掌握,問題是核聚變過程中不能實(shí)現(xiàn)可控,一旦解決了可控的核聚變難題,不僅將解決全世界的能源問題,而且放射性微少,不產(chǎn)生核廢料,對(duì)環(huán)境的污染很小。

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