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核能:從裂變邁向聚變

中國核網(wǎng)發(fā)布時間:2020-03-12 13:20:57

 

  迄今,核裂變能一直存在三大問題:能否安全運轉(zhuǎn);原料能否保障供應;核廢料如何安全儲存。目前,幾個大國在加強國際合作的同時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現(xiàn),人類將獲得安全、清潔、廉價和取之不竭的能源,從而在保護生態(tài)環(huán)境的情況下實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。據(jù)世界核能協(xié)會(WN A )統(tǒng)計,截至2012年11月,全球共有30個國家運行著436臺核電機組,總裝機容量為3 .74億千瓦;13個國家正在建設62臺核電機組,總裝機容量為6300萬千瓦;27個國家計劃建設167臺核電機組,總裝機容量為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放出的核能發(fā)電的裝置。其核心是核反應堆,它是一個能維持和控制核裂變反應的裝置,在這里實現(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)會統(tǒng)計,截止2009年2月,全球運營的核反應堆共436座,核電裝機總?cè)萘窟_371927M W e,約相當于全球電力裝機總?cè)萘康?%。

  進入21世紀以來,一些國家掀起核電站建設新熱潮。2009年11月英國公布核能擴建計劃,提出興建10座核電站。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2010年3月19日公布的“能源基本計劃”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”,計劃在2030年前至少新建14座核電站。韓國提出在2015年前,除在建的4臺核電機組外,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,一些國家展開“棄核”還是“興核”之爭。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)擴建核電站的自然條件,退出“核電大國”俱樂部在所難免。但日本國內(nèi)缺少化石能源資源,去核電化將影響仍不景氣的經(jīng)濟。

  核電站是利用原子核裂變反應放出的核能發(fā)電的裝置。

  災難與科學相伴

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

  核裂變原料主要是鈾。在全球已探明鈾礦資源儲量中,澳大利亞占25%,哈薩克斯坦占20%,其他鈾礦資源儲量較多的國家有加拿大、俄羅斯、烏茲別克斯坦和尼日爾等非洲國家。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)閣府原子能委員會代理委員長鈴木達次就核裁軍和防止核擴散提出“十項建議”中再次提出,應開發(fā)釷核電技術(shù)。據(jù)科學家們估計,全球釷礦資源儲量比鈾礦資源儲量多三、四倍,分布在許多國家,已探明釷礦資源儲量足夠世界使用100年。

  釷在反應堆燃燒過程不產(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原料。

  “裂變”邁向“聚變”

  鈾、釷礦資源都是不可再生資源。因此,一些國家正大力研發(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)展大勢所趨。

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

  氦-3是一種公認的高效、清潔、安全核聚變原料。椐科學家們估計,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的儲量極少,不具有開發(fā)價值。因此,一些國家正在研發(fā)利用氫同位素為原料,即核聚變原料主要是氫、氘和氚。氘也叫重氫,1公斤海水中含有0.034克氘,故地球海洋里有約23.4萬億噸氘,足夠人類使用幾十億年。

  科學家從一升海水可提煉1/6克氘,其聚變后放出的能量相當于300升汽油燃燒釋放的能量。浙江大學物理學教授盛正卯介紹,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,對環(huán)境的污染很小。

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