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核能源的利用 利弊如何权衡

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发表于 2016-1-16 00:42:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

进入工业时代,人类从潘多拉魔盒里面放出了最大的恶魔:核能源【核武器】,虽然从某些角度来说核能源的利用解决了一些能源问题,但是核能的利弊人类一直无法权衡,直到前苏联切尔诺贝利事故发生,人们才发现,这只野兽太特么可怕了。

1986年4月26日清晨,前苏联新闻社摄影记者伊戈科斯汀驾驶直升机匆匆赶往乌克兰北部的切尔诺贝利核电站,他听说夜里那里出了事故。

切尔诺贝利核电站曾是前苏联人民的骄傲。巨大混凝土建筑里的4座核反应堆就像阿拉伯神话中的阿拉丁神灯,拥有无穷的魔力。每年只需要几千公斤核燃料,就可以取代数百万吨燃煤,为乌克兰地区提供所需的一半电力。阿拉伯人创造阿拉丁神灯凭的是想象,而现代人靠的是人类科学史上的重大发现。


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1896年,法国物理学家贝克勒尔在实验中发现元素“铀”会自发地发出一种类似X射线、有穿透力的射线。

居里夫人发现这种现象不仅是铀的特性,也是某些元素的共性。她把这种现象称为“放射性”,把有这类性质的元素叫作“放射性元素”。经过几年的努力,她找到了另外的放射性元素:钋和镭。

1905年,年仅26岁的爱因斯坦提出了狭义相对论,震惊世界。爱因斯坦由狭义相对论导出了著名的“质能转换公式”:E=MC2。

他认为物质和能量是一个事物的两个方面,在一定条件下,一些物质可以转变成能量。具体的定量关系是质量乘以光速的平方,即E=MC2。

由于光速值很大,因此很少的放射性物质就能产生极大的能量,1克放射性物质可以供一只100 瓦灯泡点亮35000年。可是,人们一直找不到把质量转换成能量的途径。

1938年,德国化学家奥托·哈恩用中子轰击放射性元素铀,使铀原子核裂变,分成了碎片。当他将裂变后的产物质量相加时,发现它们比铀核质量要小。(图1)


这些失踪的质量是不是转换成了能量?


根据爱因斯坦质能公式,奥托·哈恩估算出铀核裂变时会释放出比一般化学反应大几百万倍的能量。当奥托.哈恩在实验中观测到这异常巨大能量的产生时,一定像阿拉丁看到高大无比的神魔,从小小的神灯中钻出来向自己俯首听命时一样,心中又惊又喜。(图2)

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核裂变的发现是伟大的发现,从此人类进入了核能时代或称原子能时代。

从20世纪50年代开始,作为一种无与伦比的新能源,核能受到人们的青睐。短短几十年,全世界已拥有440多座核电站,发电量占全世界电力的20%左右。一公斤铀235裂变后所释放的能量,相当于2700吨标准煤释放出的热量。简单地说,煤电厂是烧煤发出能量,核电厂是原子裂变产生能量。

伊戈科斯汀采访的这座核电站是1973年前苏联为乌克兰地区修建的第一座核电站。



伊戈科斯汀是第一个赶到核电站事故现场的记者。他被眼前的景象惊呆了,立刻意识到切尔诺贝利核电站出了大事。他推开直升机的窗户,什么都听不到。反应炉的废墟就在他的下方,现场一片死寂,像是黑洞洞的巨大坟坑。

1986年4月25日深夜,切尔诺贝利核电站准备对4号反应堆进行一项试验,目的是改善电站的安全性,工程师们想看看在没有安全保护情况下,反应堆的运行情况。凌晨1点23分,操作人员关闭了冷却系统,切断了自动保护系统。突然,整个核电站黑了下来。核反应堆爆炸了。(图3)

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对于核爆炸,人们并不陌生。人类利用核能——放射性元素蕴藏的巨大能量,首先就是用于爆炸。1945年8月6日,美国在日本广岛投下第一颗原子弹,42平方公里的城市瞬间被摧毁,14万人死亡。8月9日另一颗代号为“胖子”的原子弹在长崎上空引爆,7万多人因此丧生。

切尔诺贝利4号反应堆爆炸发生后,反应堆被全部摧毁,冲击波将厂房的房顶炸飞,墙壁坍塌。所幸这次爆炸的威力比原子弹小多了。

原子弹是在瞬间爆发,释放出大量核能。核电站是利用核反应堆,通过可控的核裂变,慢慢地释放出能量。核发电是通过缓慢的核裂变,慢慢地可控地释放出能量。

这和火力发电站用煤、天然气、燃油发电一样。核电站不是原子弹,反应堆不会发生核爆炸。

切尔诺贝利核电站发生爆炸的原因是反应堆堆芯因为高温融化,点燃了石墨,堆内产生的水蒸汽和氢气相互作用,在很短时间内发生剧烈爆炸。这与原子弹爆炸完全不同。然而糟糕的是,反应堆里装着的放射性物质比原子弹里的多多了。8吨多炽热的石墨碎片从裂开的缺口喷涌而出,放射性物质随之抛向天空。

伊戈科斯汀看到废墟升起了稀薄透明的烟雾,这些烟雾具有高度放射性。他靠近那一区域时,看到那里的大楼已经毁了,烟从坍塌的废墟里冒出来。他们的直升飞机在上空盘旋,并打开了直升机的窗户,完全不知道其中的深度危险。


人类是一步步发现放射性可能对人体造成巨大危害的。



发现放射性元素后,人们看到经射线照射的皮肤毛发会脱落。聪明的商人发现了商机:用放射仪器脱毛。然而皮肤癌患者不断出现,经常接触放射治疗设备的人员,因患皮肤癌而死亡的报道也随之出现。

20世纪上半叶,镭盐作为一种发光涂料被用于表盘上,做成时尚的夜光表。涂镭女工在操作时经常用舌尖舔沾有镭粉的笔尖,结果这些工人多数死于贫血或骨癌。

居里夫人因发现放射性元素而成为两获诺贝尔奖的第一人。由于长期接触放射性物质,她的手有时干枯,有时化脓,并且比别人容易疲倦或昏睡。

1934年7月4日,居里夫人告别了她挚爱的人间,医生诊断死因正是“放射性元素而导致的白血病”。她当年记录实验的笔记本一直保存到现在,几十年过去了,上面的放射性依然很强。(图4)

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科学研究发现,放射性元素之所以能够发生裂变,是因为它的原子不稳定,会衰变成另一种放射性元素,直至成为一种稳定的元素为止。铀经过几百万年衰变成为镭,而铀和镭这些元素最终都会衰变成稳定的铅。放射性物质在衰变的过程中释放出射线,正是这些射线能破坏人体细胞,对人的健康造成伤害。

伤害主要体现在两种效应,一种叫躯体效应,另外一种叫遗传效应。所谓躯体效应,就是射线杀伤人体细胞,皮肤被烧伤,发生白血病、甲状腺癌等病症。第二种效果,遗传效应,是射线破坏人体的基因,使基因变异,以致影响到下一代的健康。



切尔诺贝利4号反应堆爆炸的碎片飞落,引发30多处大火,赶来灭火的消防员来不及穿上防护服就冲入火海。一些人因强烈的放射性辐射当场倒下,首先出现呕吐、腹泻等症状,紧接着就出现了更加致命的现象。

更糟糕的是,大量放射性物质随风扩散,严重污染了空气、土壤和河流。据统计,爆炸导致20多万平方公里的土地受到放射性污染。

事故发生的第二天,切尔诺贝利核电站5公里外的普里皮亚镇4.5万居民被撤走。其后,在30公里重灾区范围内迁移了27万居民。

据估算,这次事故释放的辐射量是日本广岛原子弹爆炸的100多倍,这无疑是人类历史上最严重的一起放射性污染事故,“几万人的生命将被放射性物质夺去……”关于切尔诺贝利核电站事故的报道纷纷出现在各类媒体的头条。一时间,切尔诺贝利成为灾难的代名词。

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直到今天,切尔诺贝利依然是一个令人恐惧的地方,电站周围30公里范围内仍属于禁区。城外空地上堆满了事故救援时使用的设备、车辆和飞机,无声地诉说着当年那场浩劫。(图5)

切尔诺贝利事故造成的经济损失累计高达数千亿美元,深重的灾难还给许多人造成严重的心理创伤。许多妇女担心会生出不健康的孩子;一些人酗酒,担忧会得癌症。有人把这场灾难称之为“一场我们终生都无法扑灭的大火。”。



人们不禁怀疑,无论放射性还是核能,放射性元素的奥秘是否原本就是一个恶魔,人类本不该打开囚禁它的潘多拉盒子。

切尔诺贝利事故发生后,许多国家停止发展核电计划,欧洲一些国家甚至关闭了正在运行的核电站。人们希望远离放射性威胁。但是没有核电站,人们就真的能远离放射性辐射吗?

1922年,一位英国考古学家在埃及发现了一道未曾开启的墓门,门上镌刻着这样的铭文“谁要是干扰了法老的安宁,死亡就会降临到他的头上”。可怕的咒语没有震慑住考古学家的好奇心,尘封千年的墓穴依然被打开了。但是当墓中金银财宝的璀璨光辉照耀世界的时候,令人难以置信的悲剧却接二连三地发生。在此后的十几年中,包括投资人在内进入墓穴的20多人先后死于重症肺炎等怪病。神秘的法老诅咒给人们带来极大恐慌。

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法老的诅咒终究是无稽之谈,科学家认定考古人员致死的原因是陵墓里充满了放射性。而这放射性,并不是古埃及的建墓者事先设计的机关,因为他们并不知道从尼罗河两岸采集来的石灰岩和花岗岩中,含有神奇的放射性元素。

伴随着地球的诞生,放射性元素就存在了,它们无处不在。这些天然放射性元素在衰变的过程中,释放出一种放射性气体——氡。这种无色无味的气体被人吸入体内后,会对肺部造成放射性伤害,引起肺炎甚至肺癌。世界卫生组织已经把氡列入了19种致癌物质之一。不管愿意不愿意,人们呼吸的每一口气里都有放射性氡存在,“氡威胁论”渐渐流行开来。

经过多年调查,科学家发现自然界存在的“氡”对人的危害并没有想象的那么大。天然辐射一直存在,人类就是在这样的放射性环境中生存发展起来的,人体对辐射有一定承受能力。

研究发现,放射性只有超过一定标准、累积到一定程度时才会对人体健康带来伤害。巨型金字塔由上百万块岩石砌成,每块平均重达10吨,这些岩石不停地释放出氡。金字塔内又是一个完全封闭的环境,经过4000多年累积,墓里的氡气已经达到相当的浓度。当年陵墓的闯入者应该说是中了氡的“毒咒”。



从这个意义上来说,氡没有什么可怕的。虽然氡是普遍存在的,但只有达到一定的浓度才对人体构成伤害。在矿山工作十几年以上,才有可能因氡而致肺癌。

氡遍布人们的生活环境中,由于地下土层、各种建筑材料、空气、水中的氡,会使居室内存在氡的污染。如果通风不好则会加重氡气累积而使浓度升高。因此,保持室内通风可以起到很好的防护作用。因为空气里的氡浓度比较低,所以每天开窗半个小时,就可以防止氡对人体的伤害。

20世纪80年代,日本电视连续剧《血疑》在中国热播,曾引起很大轰动。女主人公在医院意外受到放射源的辐射,最后因白血病而死亡,曲折的故事不知感动了多少人。人们也因此认识到医院中的辐射:X光、CT、核磁共振……直到今天,许多人还对放射科心怀恐惧。

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事实上,放射性元素发现不久,人们就知道对放射性进行防护。防护的关键在“量”。20世纪30年代就制定了最大允许辐照水平。

类似《血疑》的事故发生概率非常低,绝大多数人都不会遇到或接触放射源。

随着科学的发展,人体在接受放射性医疗诊断时,所受到的剂量已经很低,远远低于天然存在的放射性辐射。比如一次X射线检查所受的辐射量只相当于一年内每天看一小时电视的辐射总和。这种剂量的一万倍以上照射才有得癌症的可能,10万倍以上才会致命。 (图6)



然而,一旦核反应堆泄露,在核事故现场,在切尔诺贝利,放射性辐射就像失控的魔,十分强烈。

但是由于对电力的需求,使乌克兰政府继续使用其它三座反应堆,直到2001年才彻底关闭切尔诺贝利核电站。在事故后的15年里,工人们每两小时换一次班,穿着特制的防护服,穿越30公里的禁区,前往各自的工作岗位。


能源问题一直以来都是困扰人类发展的一大瓶颈。


地球上的石油、煤炭、天然气到底还能供人类使用多久?这是一个有争议的问题。然而不管能用多少年,它们都是不可再生能源,用一点少一点,因此一直以来人们都在寻找替代能源。


核能源是目前为止唯一能够大规模替代化石原料的能源。


2008年1月,俄罗斯公布了发展核电的庞大计划,到2020年前要新建42座核反应堆。欧美国家冻结20多年的核电计划也纷纷解冻。国际能源机构预计,2030年世界对电力的需求将在现有基础上翻一番,全世界将兴建90座~300座反应堆,总投资超过2000亿美元。

2007年10月,中国核电发展长期规划正式公布,核电发展由“适度”转向“积极”。目前我国已经有11座核电机组,另外还有16台机组正在建设或者即将建设中。

人们常说“生存和发展”是人类面临的两大难题,难道在这两大难题中,人类的选择向发展倾斜了吗?

1990年,切尔诺贝利事故发生4年后,中国大亚湾核电站在深圳大亚湾畔破土动工。随着大亚湾核电站球型大厅——安全壳的修建,曾经谈核色变的附近居民对核电站安全性的疑虑渐渐消除了。(图7)


人们早就发现一道混凝土墙就能有效地阻挡放射线。如今使用大量钢筋混凝土修建的安全壳,如同一座没有窗户的房屋,它能把一切危险物质和气体完全封闭在内部,毫不外泄,如同中国传统武侠小说里“刀枪不入”的“金钟罩”。

早在切尔诺贝利之前,1979年3月28日,美国三哩岛核电站二号机组反应堆就发生了一起严重事故:反应堆堆芯熔化,50%的气态放射性物质释放出来。由于有安全壳良好的屏蔽作用,核电站只有3名工作人员受到略超过规定限值的剂量的辐射。周围80公里的200万居民,平均每人增加的剂量还不如看一年电视所受辐射的剂量。但是出于对放射性的恐慌,美国国家核管理委员会不适当地发出撤离警告,8万人惊慌撤离,混乱中3人被挤死。

切尔诺贝利事故后,前苏联对尚在运行的这种类型的反应堆进行了检查、纠正和改进,使得同类事故不可能再次发生。其它各国也对运行中的反应堆进行了分析,结果表明绝不会发生切尔诺贝利那样的核事故。核安全专家一致认为切尔诺贝利核事故并不能改变人们认为“核能是安全的”的结论。

大亚湾核电站自1994年投产至今一直安全运行。它每年减少煤耗370万吨,大大减少了污染气体的排放量。

同样功率的核电站产生的二氧化碳仅相当于火力发电站的1%,所以核电是很干净的。很多人想不到,同样功率的核电站,向大气排放的放射性物质对人的影响,和燃煤电站相比,只有1/50。反过来说燃煤电站向大气排放的放射性物质是核电站的50倍。因为煤里也有微量放射性物质。(图8)

2005年9月5日,国际核新闻网(NucNet)登出一篇题为“切尔诺贝利事故的健康影响不像所担心的那样严重”的报道。这是由100多位科学家组成的国际团队经过近20年的跟踪调查作出的最后结论。


这些科学家说,由于受到事故放射性辐射而最终死亡人数不大于4000人。他们在周围区域基本没有发现对普通人健康造成的严重负面影响。

伊戈科斯汀有时还会重回切尔诺贝利看一看。因为曾经身临核事故现场,他的身体受到大量放射性辐射,每年都到医院定期体检。如今作为俄罗斯新闻社的一名摄影记者他仍然工作在第一线。

虽然事故影响比最初推测的放射性辐照将夺去几万人的生命要低得多,切尔诺贝利核事故仍称得上是人类历史上最为严重的一场核灾难。它促使核反应堆向更安全、更先进的堆型转化。如今的核反应堆设有多道防线作为安全保障,即使操作失误或设备出现故障,放射性物质也不会释放出来。并且考虑到恐怖袭击,即使发生类似美国“911”那样的撞击,核反应堆也不会出现大问题。

在贝克勒尔发现放射性不久,1900年科学家即开始研究射线对人体的生理效应。居里夫人发现镭不久,1905年,法国实现了子宫癌的放射治疗。即使在今天,仍有70%以上的癌症需用放射治疗。目前全世界每年都有3亿人次~4亿人次接受放射诊断和治疗。核医学已经成为对付心、脑、肿瘤三大疑难疾病的最佳手段之一。

“民以食为天”,如今人们餐桌上的食品许多都是经过放射线改良的品种。

放射线能够导致天然变异难以产生的基因突变,其中一些优秀的突变通过遗传被保留了下来,从而实现改良作物品种的目标。目前50%以上的新品种都是通过辐射育种而成。中国辐射诱变品种每年能为国家增产粮食30亿公~40亿公斤。


若干年以后,人们驾车出行,提供动力的或许会是水。


在发现放射性元素核裂变之前,科学家就已经发现两个原子核结合在一起同样会释放出能量,这就是核聚变能。太阳就是依靠自身进行的核聚变反应而发出光和热。

核聚变的材料是放射性元素氘和氚,它们来源于水。1升海水通过核聚变释放的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。地球上的海水提供的核聚变能可供人类使用50亿年。如今由欧盟、美国、俄罗斯、日本、中国参加的国际热核聚变实验堆,又称人造太阳计划,正向实现工业化这一目标迈进,届时能源危机将一去不复返。

无论是放射性还是核能源——放射性元素的这两大特点,人们都在努力使它像阿拉丁神灯里的神魔一样驯服地为人类服务。


发表于 2016-9-20 20:11:25 | 显示全部楼层
为何只有楼主本人?
 楼主| 发表于 2016-9-20 20:47:44 | 显示全部楼层
风起云涌 发表于 2016-9-20 20:11
为何只有楼主本人?

对啊。。。基本就我一个啊
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