人类生存发展与核科学

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1、学号姓名学院专业年级授课教师吴奕初人类生存发展与核科学中国发展核能的必要性摘要本文先从核能的清洁、经济和安全这三个角度阐明了核能作为21世纪主流能源的优势， 用大量事实和数据证明了核能相比传统能源而独有的、无可替代的优势。继而结合我国的具 体情况，论证了中国在新世纪大力发展核能的必要性。关键词核能核电能源核科学已经走过了百余年的辉煌历史，标志着人类对客观世界认识水平的一次飞跃，对 自然科学起到了巨大的推动作用。与此同时，核科学更是对人类的生存发展也产生了巨大影 响。核能已经成为人类所需能源的主要来源之一，核诊断和放射治疗已经和正在广泛地用于 医学，核工业正在迅速发展并得到实际应用，核科学也正在

2、用于新材料研发、地质和文物探 测以及环境监测这一切都在推动着人类历史的发展和生活的改善。最近几十年来，核科技已实现了从理论到应用、从军用到民用的重大转折。核科技和核 工业力量的大小，目前仍是衡量一个国家实力强弱的重要标志之一。随着能源需求的迅猛增 长和不可再生资源的锐减，核能的和平利用越来越受到各国的重视。我国作为全世界最大的 发展中国家，能源问题已经迫在眉睫，如何合理、有效地发展核能已经成为中国21世纪发 展战略的重要议题。下面，本文将从核能的优势和我国的能源现状来论证中国发展核能的必 要性。一、核能的优势（一）清洁的核能现在全球面临的主要环境问题有：CO2大量排放引发的温室效应，SO2增加

3、引起的酸雨， no2增加破坏臭氧层等，而这些主要是由于大量燃烧化石燃料造成的。因此，从人类的生存 发展考虑，我们应当积极地改善能源结构，减少化石燃料的使用，开发不产生以上主要污染 物的新能源。核能来源于原子核的分裂或聚合，不像化石燃料产生与氧结合的污染物。现在 核能的应用主要是裂变形式的核能，它只产生极少量的辐射，在正常操作运转下，这些辐射 对环境的影响很小。国际辐射防护委员会（ICPR）1993年统计，人体所受的辐射76%来自宇 宙射线，周围环境中的放射性物质辐射占20%，医疗辐射占4%，而核电辐射还不到1%。 聚变核能是一种最理想的能源，它的主要原料是海洋中大量存在的氘。从对环境的影响来看

4、， 一贯被认为清洁能源的水电，在利用中的问题也暴露出来，它改变了水文，改变了原有的生 态平衡，其引起的后果难以恢复。核能是一种清洁的能源，增加核能的利用将为解决现在全 球面临的环境问题实现人类的可持续发展做出贡献。（二）经济的核能核能是高密度能源，单位体积原料中得到的能量很大。核电站是一种高能量、低消耗的 电站。我们比较一下3000MW发电能力核电站和燃煤电站的每天运行情况。如果铀-235每 次衰变产生190MeV （实际超过此值）的能量，经过计算，需要-235大约3300g，而需要 热值为6550千卡的优质煤9600吨。如果用50节车厢，每节车厢100吨运载量的火车运送 这些煤，每天需要2辆

5、专车负责运送。可见，核电站的运输成本很低，原料费用很少，对于 缺乏煤、石油、天然气和水力资源的地区，核电应该具有无可替代的优势。电站的经济指标 以每度电的成本来计算。以燃烧煤或石油为原料的电站每度电的发电成本，其基本费用与运 行费用的比约为1:2,而核电站的发电成本差不多反过来，基本费用主要来自建造费用。核 电站技术要求高、安全要求指标高，所以目前基本费用较高。但是，从长远看，随着技术水 平的提高，核电设备的改进，核电规模扩大，核电的费用会逐步降低。而煤、油电站随着环 境要求的提高，需要增加环境保护设备来减少煤电释放物的污染，其成本会逐渐增加。现在， 一些国家和地区（法国、日本和美国东部）的核

6、电成本已经低于煤、油发电的成本。其中法 国最明显，达到了 1:4的水平1。另外，水电的开发面临着居民迁移与安顿的巨大费用，严 重影响了它的经济性。因此，相对来讲，核电是一种运行起来非常经济的能源。（三）安全的核能核反应堆一般用的是浓度约为3%的低浓缩铀，而且它的全部设计是为了实现裂变反应 并使其能有控制地连续进行，与核弹的高浓缩原料、非受控目的绝然不同。因此，核电站绝 对不会发生像核弹那样的爆炸。当反应堆的功率过高时，反应堆可以通过可靠的安全控制系 统迅速实现停机。反应堆还有冷却系统，以保证在正常工作或者是发生事故时将燃料的热量 带走，避免燃料元件烧毁。所以，正常操作和运转下的核电站是很安全的

7、。核电安全问题最 重要的是避免和防止放射性物质泄漏对环境造成的危害。核电站本身就有四道天然的屏障： 第一道屏障是抗辐射的固体芯块，它可以将绝大部分的裂变产物包容；第二道屏障是密封的 燃料包壳，核燃料芯块和放射性的裂变产物都被密封在锆合金包壳内；第三道屏障就是坚固 的压力容器，整个堆芯密封在20多厘米厚的钢制压力容器内，可以挡住万一泄漏的放射性 物质；第四道屏障是安全壳，它高六七十米，壁是厚1m的钢筋混凝土物质，内表面还有6mm 的钢衬里。核电事故的发生主要是人为造成的，不是技术上的问题。随着核电技术的发展， 操作运行核电站会更加的简便，核电的安全水平会越来越高。2核能的利用首先是在核弹上实现的

8、。第二次世界大战的爆发，使得原子核裂变这一核科 学的新成就用于军事，制造了原子弹。1945年8月，美国在日本的广岛、长崎投下了两颗 原子弹，造成了很大的人员伤亡，这是一种灾难。由此，人们往往把核能和灾难、恐怖联系 在一起，蒙上核恐怖的阴影。1951年12月，美国利用它的“增殖一号”快堆产生的高温蒸汽，带动发电机发出200kW 的电，人类第一次利用核能发出了电1。1954年，前苏联建成了世界第一座核电站。反应堆 技术不断改进，核电技术逐渐成熟，核能事业得到了蓬勃的发展。20世纪60年代初到70 年代初是核电发展的黄金时期。1979年美国宾州三英里岛事故和1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故使得人

9、们更加冷 静地对待核能。世界各国更加重视核电的安全，在核电安全上投入了大量的资金，使核电的 安全性得到了进一步保证，促进核能利用事业进一步向前发展。比如，1989年德国和法国 联合推出“欧洲压水反应堆计划”，将过去2个冷却系统提高到4个，外部保护设备也大大 加强。核电作为一种新兴的能源，正在向前发展。在过去的五十年中，核电在世界能源消费中 的比重上升最快。另外，据世界银行统计，到1996年底，全世界有32个国家共拥有核电站 443座，总消费比重已经占到世界总用电量的17%。1999年，全世界年核发电量为23946 亿度，约占全部所需电能的1/41，现在正在建设中的核电站有30座，装机容量为21

10、642MW。 可见，核电已经并正在向前发展。为了核能更加安全、清洁、高效地造福人类，人们做出了很多的努力。世界上第一座沸 水反应堆前不久在日本的柏崎核电站投入商业运行。它把反应堆安全方便性能提高到了新的 水平。法国的120万kW大型商业验证快堆和美国、日本等示范快堆都投入运行。1998年 我国的实验快堆已开始了建造，快中子增殖反应堆在2010年也即将投入建造1。这将大幅 度提高铀的使用率，极大地延长铀矿资源的使用年限。许多国家积极发展小核电，以减少核 电建设的前期投资，促使核电更大范围地利用。同时，人们在托卡马克装置上的热核聚变研 究也取得了巨大进展d991年，欧共体的欧洲联合环(JET)第一

11、次实现了氘-氤聚变反应；1997 年，它又创造了核聚变输出功率12.9MW的新纪录，随后又提高到16.1MW1，越来越接近 点火条件。尽管聚变能的利用还在不断探索之中，还会遇到很多的困难，但是聚变能的和平 利用有一天终将到来，它将成为最理想的能源造福人类，解决人类自古以来存在的能源问题。二、中国发展核能的必要性地球上的化石燃料非常有限，并且是不可再生资源。根据科学家已探明的不可再生资源 蕴藏量估计，石油、天然气在21世纪中叶即将枯竭，煤炭资源更是很快就会被消耗完。人 类能源供应面临着极大的压力，而铀矿还可以开采一百多年，核能完全可以替代煤炭、石油、 天然气而解决21世纪所面临的能源问题。现在的

12、核能利用还只是使用占天然铀0.7%的铀 -235,而占99.3%的铀-238没有得到利用。铀-238很容易吸收快中子而再生为新的核燃料钚 -239。利用钚-239可以制造不需要慢化剂而直接利用快中子维持链式裂变反应的反应堆，即 快中子反应堆。钚-239吸收一个快中子可以平均产生2.45个快中子，假如扣除一个快中子 与另外的钚-239反应，剩下的1.45个快中子能与铀-238反应生成新的钚-239，那么就可以 实现钚-239的增殖，这就是快中子增殖反应堆。这样，铀矿资源的利用率就可以提高到60% 70%。按照这样的利用水平，现存铀矿资源还可以使用2000多年！如果受控的热核聚变 实现，那么核能就

13、能为人类的生存发展提供长期稳定的能源。我国的核能事业起步于20世纪50年代，首先也是应用于军事上。1964年10月16日， 我国第一颗原子弹装置爆炸成功，标志着我国核工业初步建立。我国的核工业从主要为军用 服务迅速发展起来。然而，对比其他国家的核能从军用到民用的过程，我国民用起步很晚。 美国以及前苏联，核电站的运行是在20世纪50年代中期;英国和法国是在20世纪60年代； 我国直到1991年12月浙江秦山核电站并网发电，才有了自己的第一座核电站，比上述国家 慢了 2737年。所以，相对来说我国核电事业起步很晚。我国核能利用与许多国家存在较大的差距。我国核能利用总量很少，远远低于美国、法 国、日

14、本等发达国家，核能消耗量占整个一次能源消耗的比重也远远低于法国、日本，甚至 低于发展中国家印度。法国核电在电力中的比重已经超过75%。与东亚相邻国家、地区相 比，我国大陆地区的核电所占总用电量的比例远远低于日本和韩国以及台湾地区，1995年 日本和韩国的核电比例分别是30%和36.2%，台湾地区是31%，而我国大陆只有1.29%。我 国现在运行中的核电站有浙江秦山1 -300MW，秦山II-2X900MW，广东大亚湾-2X900MW， 发电量不到总发电量的1%;正在建设中的有秦山-III- 2 X 700MW，广东岭奥-2X900MW， 江苏连云港-2X1000MW，等到2005年全部投入运行

15、，发电量还不到预期发电总量的2%。 所以，核能利用和核电事业在我国还有很大的发展空间。目前，我国能源消费结构依然是以煤为主，全国年消耗煤的量已超过13亿吨，核电的 比重虽然有所上升，但所占比例很低，处于百分之零点几的水平4。这样的能源结构很不合理。我国煤燃烧效率低，所以煤燃烧污染相当严重。目前我国二 氧化碳排放量仅次于美国，每年排放3000多兆吨，占世界总排放量的13%以上3。环境污 染造成了极大的经济损失，据世界银行报道，我国城市空气污染对人体健康和生产力造成的 损失每年超过200亿美元，酸雨造成的农作物收成减少，损失每年超过50亿美元3。同时，我国的能源资源地区分布不均衡，与经济发展需求不

16、适应。我国煤炭主要集中在 华北地区，水能主要集中在西南地区，油气资源主要集中在西北地区，而经济发达、人口集 中、能源需求量高的沿海地区缺乏常规能源。运输传送费用会造成能源使用成本的极大提高， 因此，利用煤、油、气资源来满足经济发达地区的能源需求是不经济的。虽然我国水能资源 丰富，理论蕴含量居世界第一，但是由于水能资源分布不平衡，输电设施所需投资巨大，加 上地质条件很复杂，真正能积极开发的水能资源不到总资源的一半。据估计，到2050年， 我国能源需求将达到50亿吨标准煤，而到时可经济开发的水能资源全部用完也不到2亿吨 标准煤3,因此，水能不可能成为我国的主要能源。所以，从环境保护和经济性角度考虑， 核能的开发利用是很合理的选择。我国铀矿资源丰富，且核工业近四十年来的发展使我国的核能发展技术较为成熟。秦山 -I -300MW核电站是我国自行设计和建造的，它的安全运行（辐射影响完全符合I