主题: 核裂变和核聚变分别是怎么一会事
2009-09-19 15:20:58          
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主题:核裂变和核聚变分别是怎么一会事

核聚变就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子
核裂变就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子
在这个变化过程中都会释放出巨大的能量,前者释放的能量更大,


世界上的每一种物质都处于不稳定状态,有时会分裂或合成,变成另外的物质。物质无论是分裂或合成,都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子,就叫核聚变,太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的,目前的核电站也是利用核裂变而发电。
核裂变虽然能产生巨大的能量,但远远比不上核聚变,裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不仅产生强大的辐射,伤害人体,而且遗害千年的废料也很难处理,核聚变的辐射则少得多,核聚变的燃料可以说是取之不尽,用之不竭。
核聚变要在近亿度高温条件下进行,地球上原子弹爆炸时可以达到这个温度。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热,来触发核聚变起燃器,使氢弹得以爆炸。但是,用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸,却不适用于核聚变发电,因为电厂不需要一次惊人的爆炸力,而需要缓缓释放的电能。
关于核聚变的“点火”问题,激光技术的发展,使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前,世界上最大激光输出功率达100万亿瓦,足以“点燃”核聚变。除激光外,利用超高额微波加热法,也可达到“点火”温度。世界上不少国家都在积极研究受控热核反应的理论和技术,美国、俄罗斯、日本和西欧国家的研究已经取得了可喜的进展。
1991年11月9日17时21分,物理学家们用欧洲联合环形聚变反应堆在1.8秒种里再造了“太阳”,首次实现了核聚变反应,温度高达2×108℃,为太阳内部温度的10倍,产生了近2兆瓦的电能,从而使人类多年来对于获得充足而无污染的核能的科学梦想向现实大大靠近了一步。
我国自行设计和研制的最大的受控核聚变实验装置“中国环流器一号”,已在四川省乐山地区建成,并于1984年9月顺利启动,它标志着我国研究受控核聚变的实验手段,又有了新的发展和提高,并将为人类探求新能源事业做出贡献。美中两国科学家分别于1993年和1994年在这个领域的研究和实验中取得新成果。
目前,美、英、俄、德、法、日等国都在竞相开发核聚变发电厂,科学家们估计,到2025年以后,核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后,受控核聚变发电将广泛造福人类。
核聚变反应燃料是氢的同位素氘、氚及惰性气体3He(氦-3),氘和氚在地球上蕴藏极其丰富,据测,每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油,这就是说,1升海水可产生相当于300升汽油的能量。一座100万千瓦的核聚变电站,每年耗氘量只需304千克。
氘的发热量相当于同等煤的2000万倍,天然存在于海水中的氘有45亿吨,把海水通过核聚变转化为能源,按目前世界能源消耗水平,可供人类用上亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助“燃料”,地球上的锂足够用1万年~2万年,我国羌塘高原锂矿储量占世界的一半。
科学家们发现,以3He为燃料的核聚变反应比氘氚聚变更清洁,效益更高,而且与放射性的氘氚不同的是3He是一种惰性气体,操作安全。获得过诺贝尔奖金的科学家博格、美国总统军备控制顾问保罗·尼采1991年曾撰文说,没有其它能源能像3He那样几乎无污染。
下世纪初,人类将在月球上开采地球上不存在的3He矿藏,用于代替氚,从而使目前世界各地建造的实验性聚变反应可以攻克关键性的难关,使其走上商用成为可能。地球上并不存在天然的3He,作为核武器研究的副产品,美国每年生产大约20千克,但一台实验性反应堆就需要至少40千克。月球上的钛矿中蕴藏着丰富的3He资源。
月球表面的钛金属能吸收太阳风刮来的3He粒子。据估计,月球诞生的40亿年间,钛矿吸收了大约100万吨3He,其能量相当于地球上有史以来所有开发矿物燃料的10倍以上。1994年日本宣布了去月球开发3He的计划项目,日本比美国在3He聚变项目上的投资要多出100倍。
1986年起美国威斯康星州的麦迪逊就成了3He研究中心。只要从月球上运回25吨3He,就可满足美国大约一年的能源需要。目前,全球每年的能源消费大约1000万兆瓦,联合国1990年公布的数字,到2050年时将会猛增至3000万兆瓦,每年从月球上开采1500吨3He,就能满足世界范围内对能源的需求。
按上述开采量推算,月球上的3He至少可供地球上使用700年。但木星和土星上的3He几乎是取之不尽、用之不竭的。综上所述,可以看出,核聚变为人类摆脱能源危机展现了美好的前景。

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2009-09-19 16:34:24          
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自然界中能直接用于核燃料的只是铀-235,能进行链式核裂变反应,并放出大量能量。所以核能的开发、利用,只能是以铀开始。铀矿中绝大多数的铀-238并不能直接用于核裂变。
  钚在自然界不存在。铀-238的一个原子俘获一粒中子后,就成为同位素铀-239。半衰期为23分钟的铀-239经衰变,得到半衰期为2.3天的第93号元素镎。镎不稳定,放射出β粒子而衰变,产物是第94号元素钚-239。钚-239可以进行核裂变,是核弹的主要原料。
  钍-232有放射性,但不能直接用于核燃料。钍在“原子锅炉”中受到中子“炮弹”的轰击后,会转变成铀-233,这种特殊的铀的同位素在自然界中是找不到的。它可以作为核燃料,用于“原子锅炉”中。因而,钍本身虽然不能作为核燃料,但却是制造核燃料的原料。钍在地壳中含量约为百万分之六,差不多比铀多三倍,而且比铀集中,容易提炼。正因为这样,钍在近些年来已引起了许多科学家的兴趣。印度的钍储量较多,正准备开发钍来作核燃料。
2009-09-19 16:37:54          
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“全世界都应该退出核电”

  绿党议员西维亚是位金发的中年妇女,友善又充满好奇。她解释了她对中国环保感兴趣的原因:“绿党环境政策中,对中国非常重视,中国的环保工作甚至会直接影响全球的环保。”

  她反对中国增建煤电厂,担忧这会加大温室气体的排放,从而不利于减缓全球变暖。事实上,欧盟乃至德国,在温室气体排放上一直与中国协商密切。德国在近几年向中国贵州等地投资建设了生物柴油基地,还向中国推广除碳技术,并和中国进行温室气体的排放权交易。这些背后,绿党是重要的推动者之一。

  在了解到中国将加快核电发展速度、收缩煤电后,西维亚坦率直言:“中国也应该退出核电,全世界都应退出核电。”

  记者则向她介绍了一些中国发展核电的理由:“如果技术上保障了核能安全,不少中国的能源公司和决策者认为,这仍然是一种远比煤炭清洁的能源。”

  西维亚不这样看:“核泄漏没有如果。去年,瑞典的核电厂差点发现核泄漏,如果迟5分钟阻止,灾难就会发生。1986年前苏联的切尔诺贝利核泄漏事件,更是造成了世界性灾难。人类应该吸收教训!”切尔诺贝利核泄漏曾影响到德国,这一直是德国人的一个阴影。

  西维亚还认为,即使完全保障了核电厂的安全,目前全球科学家还无法解决核废料的处理问题,“是的,我们可以把核废料埋到地下,但它们仍然会污染土地,影响到我们未来子孙们的安全与生存。所以,人类应该退出核能的使用”。

  “不能把危险技术出售到外国”

  这样听起来非常理想主义的想法,从一个绿常议员的口中说出来并不奇怪。一个年龄不过二十多年的绿党之所以能进入德国国会,甚至一度成为执政党,就和他们坚决反对使用核能相关。

  绿党最初是由环保组织、反核运动、和平运动和女权运动等组成的一个党派组织,“一开始许多德国人认为我们反对现存社会,是疯子,甚至是恐怖主义者。后来,一部分绿党人进入了议会。1986年切尔诺贝利的核泄漏事故,才彻底改变了选民对绿党的看法,他们意识到绿党坚定的反核立场,对德国人民的安全是有价值的。”西维亚介绍起了绿党反核的历史渊源。

  绿党在1998年-2005年两次与其它党派的联合执政中,开始推行德国退出核能的政策,“如果我们不兑现承诺,支持率就会下降”。他们理想主义的核能政策,不但遭到了能源企业的强烈反对,而且也遭到了一部分德国媒体的批评。原计划每年关闭一家核电站,结果在它的7年执政时间里,只关闭了2家,目前德国还有17家核电厂在运行。“尽管我们推动了退出核能的立法,但现在默克尔总理对关核电厂的事并不热心,我们感到很不满。”作为在野党议员的西维亚,对此显得有点无可奈何。2002年,绿党在参与执政期间,已推动立法逐步退出核能,到2021年关闭所有德国核电站。

  此前,还有让绿党引以为豪的政绩是,绿党成员、前德国外长菲舍尔1985年任黑森州州长时,关闭了德国西门子公司耗资7.2亿欧元建造的核电站燃料棒加工厂,该厂当时设计的生产能力足够供全世界的核电站所需。2003年,西门子公司想以十分之一的价格把这套来不及正式运转的设备卖给中国。这一下子触动了绿党的敏感神经,“对我们自己都认为是十分危险的技术,我们不能把它出售到外国”。结果这场生意中途夭折。

  所以,德国绿党不管在朝还是在野,已被公认为世界上最有权势的绿党之一。目前欧洲的绿党已成为仅次于社会党党团和人民党党团的第三大政治力量。在西欧大部分国家,绿党成为了平衡左、右翼政治力量格局的重要力量。在国际政治格局中,又影响着各国的环保、能源等问题,并逐渐影响到世界格局的发展趋势。

  六成德国人不愿放弃核能

  西维亚议员介绍,绿党为了敦促德国的能源企业退出核能,在执政期间提出了以再生能源替代核能的方案。这催热了德国企业对再生能源的开发,尤其是对生物能源、太阳能的研究。

  绿党在执政期间,推动政府推广太阳能的设备,对使用太阳能电给予补贴,还推行了生态税。用再生能源的免税,对核电、汽油等收取较高的生物税。

  德国政府在公布的计划中对再生的投资,更是不惜血本。到2009年,将有200亿欧元用于发展新的能源技术;到2012年,德国能源工业准备投入300亿欧元用于修建发电站以及扩建输电网;同时将投入330亿至400亿欧元用于发展可再生能源。

  目前,再生能源已增至德国能源的11%,核电仍占电力生产的29%,煤仍然是该国的主要能源,占47%。西维亚介绍的绿党设想是,在未来的几十年里,德国应使再生能源的占有率提到40%,剩下的60%可通过提高能源效率来解决,从而有效减少温室气体的排放。

  依着这样的“德国经验”,西维亚议员理直气壮地告诉记者,德国再生能源的发展就是从限制核能开始的,“如果中国倡导核电,就会降低对再生能源、无污染能源的创新冲动,还有改进能源使用效率的冲动”。她认为,中国发展再生能源,德国公司可以提供资金与技术。目前,德中之间也确实开展了一些相关项目。

  但绿党希望各国退出核能的设想,不必说对能源紧缺的中国来说并不现实,即使在现今的德国也仍然充满争议。新年伊始,由于俄罗斯与白俄罗斯的交恶,一条向德国输油的管道被切断数日。能源问题再次引发了德国公众的注意力。德国《周日图片报》登载了一份问卷调查:61%的德国人认为,在太阳能与风能等能源足够满足需求以前,不宜放弃使用核能;34%的人对此持反对的态度。31%的被访者认为,应该延长核电站运营期限。甚至有17%提出,撤销退出核能使用的计划。德国经济部长格罗斯也表示,从德国的能源安全角度出发,核能是不可或缺的。

2009-09-20 10:17:06          
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