《人类科学技术史-423》原子能科学技术的发展（下）

2.核电站的安全性

核电站发电用的反应堆大都采用低浓度裂变物质作燃料。它们分散布置在反应堆内，在任何情况下都不可能象原子弹那样紧聚到发生爆炸。反应堆有安全控制手段，有自稳定性。反应堆若失控或芯损坏，裂变反应会自动停止。核电站有燃料包壳、压力壳和安全壳三道屏障，可以防止大量放射性产物外逸。因此，一般来说核电站是安全的。即使住在核电站旁边，每年受到的放射剂量也不超过2毫雷姆，而宇宙射线、土壤、房屋等放射性剂量约为100毫雷姆。但是安全和清洁总是相对的。要杜绝任何事故，不让一点点放射性废物排放到环境中去，实际上是办不到的。

1979年3月，美国三里岛压水堆核电站由于操作失误等原因，发生了堆芯熔毁的严重事故。堆的事故冷却紧急注水装置和安全壳等设施发挥了作用，使排放到环境中去的放射性物质极少。据美国核安全当局分析，如果有人站在电站边界上，他受到的最大可能辐射剂量将低于100毫雷姆，只相当于接受二三次X射线透视的剂量；周围居民实际接受到的剂量，平均每人只有1.5毫雷姆。事故没有造成人身伤亡，也没造成环境危害。这一事故从反面证明了核电站的各种安全措施是有效的。

但是，原苏联切尔诺贝利核电站事故却造成了严重危害。1986年4月26日，运行人员违反操作规程，使反应堆多种应急事故保护系统失效，造成堆芯熔毁，石墨砌体燃烧，大量放射性物质外逸。工作人员和救火人员受严重辐射损伤203人，死31人。这是迄今世界核电史上最严重的一次事故。它造成的核污染和经济损失比三里岛事故严重得多，但对世界核电站建设带来的影响却比三里岛事故小。事故后外泄的放射性物质主要是惰性气体和碘、铯等挥发性裂变产物。这些放射性尘埃一两周内即可消失，不象大气核试验产生的放射性尘埃要在多年后才能消失。事故发生后，虽然芬兰、瑞典、波兰等国空气中的辐射水平比天然本底增高了4-10倍，但只相当于年最大允许值的百分之几。离核电站最近的城市基辅，水源未被污染，空气中的最高辐射水平是正常排放的20倍。居民生活正常。切尔诺贝利事件引起的"核能恐慌"，经过专家们的调查、解释和事实的教育，逐渐平息。人们认识到，对核能的恐惧是心理因素大于生理因素。在权衡核电站的利弊后，各国更加快了核电站的建设步伐。

切尔诺贝利核电站是采用原苏联独有的压力管式石墨慢化沸水堆，与压水堆不同。石墨砌体温度高达700℃，易燃，遇水产生易燃气体，是不安全的隐患。该堆没有整体安全壳，事故发生时放射性物质外泄严重。由此可知，选择安全可靠的核电站堆型是至关重要的。

反应堆和后处理厂等运行时会产生大量放射性废物，其中一部分要经过几万年甚至几十万年才能衰变成没有放射性的物质。除了妥善存储外，目前还很难用别的方法处理。这是核能发展中一个较难解决的重大课题。70年代以来，在这方面的研究取得了一些重大进展，但仍未真正解决。据塔斯社1990年4月报道，原苏联探索用加速器加速的电子"消灭"锶、铯等长寿命的放射性核素和γ量子。

3.受控核聚变的探索

目前世界上正在运行的核电站，都是利用重核裂变能。与它相比，轻核聚变具有释放能量更高、原材料取之不尽且提取费用低、没有放射性污染等优点，所以各国都非常重视受控核聚变的研究。

核聚变原料主要是氢、氘和氚。地球的海洋中有23.4万亿吨氘，是一种用之不竭的持久能源。目前最有希望的是氘-氚聚变堆。由于带电核之间的静电斥力非常强，只有使两个粒子或其中的一个粒子具有很高速度(很高的温度）才能克服电斥力使核靠近，而发生核反应。氘-氚混合核燃料在几百万度的温度下就成为自由电子和赤裸原子核的混合物。这种混合物呈电中性，叫做"等离子体"。等离子体是最有希望实现核聚变的介质，因为它有可能被加热到聚变反应所需的温度(点火温度）。1957年，英国物理学家劳逊(1923-)提出一个理论判据：只有当nJ＞A时，核聚变反应才能有净能量输出(n为等离子体密度，J为等离子体约束在一起的时间，A为约束指数）。

高温与高密是一对矛盾。一般温度越高的物质，要将它控制在一定范围内保持高密度就越难。因此获得1亿度以上的点火温度和实现高温等离子体约束是受控热核聚变面临的两大难题。根据劳逊判据，如果等离子体的密度大，约束时间就短；如果等离子体密度度小，约束时间就长。所以人们沿磁约束(低密度、高约束时间）和惯性约束(高密度、低约束时间）两种途径探索。

磁约束就是用一定强度和几何形状的磁场将带电粒子约束在一定的空间范围内，并保持一段时间。1951年，英国的韦尔(1924-)首先考虑到利用"箍缩效应"来约束等离子体。先后出现过"磁瓶"、"仿星器"、"磁镜"等装置，但引人注目的是"环流器"(托卡马克）。1982年，美国、原苏联、意大利等国的"环流器"装置的约束指数距热核聚变点火目标只差一个数量级。1991年，英国牛津郡卡勒姆的联合欧洲核聚变实验环形装置托卡马克JET实现了人类历史上首次受控热核聚变反应，发电约1.7兆瓦，持续2秒钟。这是从聚变获得能量的进程中的一个里程碑。

惯性约束是利用聚变等离子体的惯性，在等离子体受热膨胀但还来不及飞散一瞬间完成聚变反应。1963年，原苏联的巴索夫首先提出用激光打靶的办法产生核聚变。中国的王淦昌也同时提出这一设想。70年代以来，激光聚变的研究已取得丰硕的成果。人们已看到高增益的惯性约束聚变在能源应用方面的曙光。美国、日本、英国、法国、原联邦德国、原苏联都建成此较大的激光器。多路激光技术能将激光器产生的毫焦级的输出放大105-106倍，离实现聚变反应所需的1万或2万焦还差10多倍。因此尚需研制更大功率的激光器才能满足核聚变反应的要求。

中国在受控核聚变方面也开展了一定规模的研究，在合肥建成以中型"托卡马克"为主体的大型受控核聚变的等离子体物理研究基地。在激光聚变研究方面，中国也处于世界先进行列，取得了一些突破性进展。

1989年3月，英国科学家索斯安普顿大学教授马丁.弗莱斯曼和美国犹他州大学的化学家斯坦利.庞斯合作，进行了室温条件下的持续性核聚变实验，即冷核聚变。冷核聚变在科学界引起了争论。这个问题只能靠进一步研究来解决。

用聚变能解决人类能源问题，前景很好。国际核聚变权威人士预测，到本世纪末可望在大实验室内完成激光聚变的实验验证，在下一世纪可进入建堆发电的实用阶段。