核电：有效实现减排的清洁能源-北极星核电网

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今天，曾经神秘的核电似乎离我们越来越近了。核电从发展之初就备受关注，在能源资源日益紧张的今天，更被认为是能源可持续发展的重要组成部分。尽管历史上发生过的一些事故使得人们对于核电发展的态度更为审慎，但业内专家认为，“核能是安全的能源”这一结论并不能改变，核电的清洁效应也不容忽视。

核能如何转为电能

物理学知识告诉我们，原子是组成单质和化合物的最小微粒，由质子、中子和电子组成。原子的核心部分称为原子核，由质子和中子构成。原子能即原子核能，是核结构发生变化时放出的能量。原子核裂变的过程就会释放出能量，同时产生新的中子。只要条件适当，新产生的中子就可以引起新的原子核裂变，从而使核裂变反应持续进行下去，形成链式裂变反应，使原子核内的能量被源源不断地释放出来。物质所具有的原子能比化学能大几百万倍甚至一千万倍以上。

随着科技的进步,可控的链式裂变反应得以实现。核燃料通常在核反应堆中实现大规模可控链式裂变反应。核反应堆的“心脏”是堆芯,由核燃料组件和控制棒组件组成。燃料组件中的燃料由易裂变材料组成。这些易裂变材料包括天然存在的铀235,也包括人造的铀233和钚239。除了堆芯,核反应堆里还有冷却剂、慢化剂、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统和辐射监测系统等。

此外，核反应堆的形式千姿百态。用于生产动力的核反应堆被称为动力堆，按具体用途又可分为发电堆、推进动力堆(如舰船推进)和供热堆(如用于城镇供热、工业供气、海水淡化等)。

核能发电原理其实与火力发电相似。核能会转化成水和蒸汽的内能，继而转化为发电机转子的机械能，最后转化为电能。具体来说，核燃料在反应堆设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地生产出来，并可以通过电网送到四面八方。

不断发展的核电

根据相关资料记载，早在1953年，美国总统艾森豪威尔就在讲话中提出和平利用核能的概念，并认为核能可变成极其丰富的电能，对世界上那些严重缺乏电能的国家来说具有重大的经济学意义。1954年9月6日,美国世平浦核电站开工，其经费中有相当一部分用于仪器设备的开发和建设，使相关工程技术人员得以弄清楚更大规模核电站的运作模式。

随着核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段并得到发展。截至2010年10月底，全世界核电运行机组总装机容量达3.7亿千瓦，约占全世界总发电量的16%。

我国早在1956年就明确指出，用原子能发电是动力发展的新纪元，是有远大前途的。1991年年底，由我国自主设计建设的秦山核电站投入运行，实现了我国核电零的突破。1994年，大亚湾核电站全部并网发电。2007年田湾核电站正式投入商业运行。据国家核电技术公司消息，世界首批AP1000核电机组计划于2013年年底前在我国投入运行。

AP1000，即先进非能动压水堆，是具有代表性的第三代核电技术。20世纪90年代，美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》（URD）和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》（EUR），进一步明确了预防与缓解严重事故，提高安全可靠性等方面的要求。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电技术。

在此之前的第一代核电技术验证了核电在技术上的可行性。第二代核电技术则在实验性和原型核电机组基础上，实现了商业化、标准化，验证了核电在经济上的可行性。2000年1月，在美国能源部的倡议下，美国、英国、瑞士、日本等有意发展核能的国家，约定共同研究第四代核能技术。据称第四代核能系统将满足安全、经济、可持续发展、极少的废料生成、燃料增殖的风险低、防止核扩散等基本要求，目前仍在开发阶段。

排放量最小的电能链

中国工程院院士潘自强曾撰文称，研究结果表明，我国煤电链温室气体排放系数为核电链温室气体排放系数的100倍。他在文中表示，采用较先进的煤电链技术和用核电链代替煤电链均可降低温室气体排放量。但用核电链代替煤电链更为有效。根据国外的估算，以现有燃煤电厂为基线，采用先进的燃煤技术降低温室气体排放量的价格为每吨碳85美元；采用核电厂的途径则价格仅为每吨碳29.5美元。可见核电厂是降低温室气体的有效途径。

他特别强调说，值得指出的是，在各种能源链中，包括煤、石油、太阳能、水力、生物质、风和核能链中，核能链排出温室气体是最小的。

正如潘自强所说，核电的清洁效应十分明显，它不像化石燃料发电那样排放污染物质到大气中，因此不会造成空气污染，也不会产生二氧化碳。核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，核能发电所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座装机容量为100万千瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送，可减少运输能耗和污染。

核工业和核能发展的历史表明，核工业是安全的工业，核能是安全清洁的能源。但安全仍是核电发展的生命线，因为任何较大的事故都可能严重影响核能的可接受性——2011年日本福岛核电事故就重创了许多人对核能的信心。潘自强表示，确保核安全，积极推进放射性废物管理，是保证核能顺利发展的关键。

1896年

1897年1898年1905年1919年

法国物理学家亨利·贝克勒尔发现矿石天然放射性，这被认为是人类首次观测到核变化。人们通常将它作为核物理学的开端。

1897年

英国物理学家约瑟夫·汤姆逊观察出阴极射线的偏转，并著文描述了“为了检验荷电粒子的理论”所做的实验，用电子来称呼这种粒子。

1898年

居里夫妇确定铀矿石除了铀之外还含有两种未被发现的放射性元素，并将之分别命名为钋和镭。

1905年

爱因斯坦提出物质的质量和能量可以互相转化，即质量可以转化成能量，能量也可以转化成质量，并且不违反能量守恒定律和质量守恒定律。这一质能转换公式为：E=mc2。

1919年

英国物理学家卢瑟福做了用阿尔法粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，将之命名为质子。他还实现了人工核反应。

1935年

英国物理学家查德威克发现中子，实际上为物理学家寻找到了轰击原子核的“炮弹”，因此被视为“原子核裂变的钥匙”。随后，美国物理学家费米、德国科学家奥托·哈恩相继发现了核裂变现象。

1942年

美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆。建筑外墙的碑文写着“人类于此首次完成自持链式反应的实验并因而肇始了可控的核能释放”。

1951年

美国原子能委员会在一座钠冷块中子增殖实验堆上进行了世界上第一次核能发电实验并获得成功。1954年6月，苏联建成了世界上第一座核电站——奥布灵斯克核电站。

（周艳本版图片及部分资料来源：国家核电技术公司）

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