核电之路【原创】

核电之路【原创】

1954年6月，世界上第一座核电站在 莫斯科附近的奥布灵斯克建成，人类走上核电之路至今（2011年3月25日）不到56年。 到2011年1月止，已有442台核电机组分布在29个国家运行。

美国有104台核电机组在用，居世界首位。1979年三里岛核泄漏事故至今，美国没建过新核电站，致使核电只占总发电量的20%，在这方面法国以80%遥遥领先。欧盟诸国，除爱 尔兰和奥地利外，都有核电站。

中国1964年 就有了原子弹，直到1991年才有了第一台核电机组—秦山核电一期，时间跨度达27年。 与前苏联的不到5年相比，凸显执政理念落后的拖累。至今，中国有11台核电机组在用，落在印度、乌克兰之后，世界排行第11位。

当代在用、在建、将建的核电站，无论是第几代，原理都一样，属于“受控核裂变”。要是较真儿，“受 控”并不准确，能受控的仅“链式反应”。三里岛、切尔诺贝利、福岛的反应堆出故障的时候，“链式反应”均被有效中止。事故都出在不可控的部分—核燃料的“衰变”，老天爷不让停，它就还会发热，人只好设计一套冷却装置，使它不要过 热。俩“岛”一“利”倒霉就倒在冷却装置失灵上。从外面浇水的时候已经晚一步了。

除了设计更可靠的冷却系统外就没有别的办法了吗？ 老哥我提供一个思路：“加大燃料棒的散热表面积。”从热传导原理讲，毫无疑问。至于是否能工程实现，如何实现就不是我的事了。

尽管裂变式反应堆出了三次大事故，尽管核废料始终是个难解决的问题。裂变核能仍然是迄今最经济、最高 效的能源。核电成本0.1元/度，水电0.18元/度，火电0.3元/度，风电0.38元/度，太阳能0.73元/度。煤、石油对环境的化学污染有目共睹，现 今的研究表明，它们造成的核污染也大于核能。与火电相比，核电清洁得多。

我看，真正的问题还不是有限的、潜在有害的核污 染。U235储量有限，以现在的使用速度，探明的资源只够用50—80年。即便采用快中子堆，把储量丰富的U238变成钚，成为二次核能源，铀矿还是会在两百年内被用光。科学家们已经看到了“铀”路的尽头。

看看核聚变的情况。 1个氘原子+1个氚原子聚合成1个氦原子，会失去0.01884u的质量。这点质量乘以光速的平方变成了17.59兆 电子伏的能量。

原理如此简单；计算如此精确；氘、氚是氢的同位 素，没有放射性；氦不但没有放射性，还是化学性稳定的“惰性气体”。无怪英国人早在上世纪30年代 初，就进行过人类第一次核聚变实验，比核裂变的实验还早。那次试验的失败，使 “核物理之父”卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937）断言：“无论何人，想从原子中找能源都是做白日 梦。”这个断言不到10年就被美国人的裂变实验成功否定。英国科学家始终没有放弃对核聚变的研究， 但一直没能取得突破性进展。说核聚变的探索之路“山穷水尽”有点过分，至少是“山重水复”。

氘-氚 核聚变的第一难是需要1亿度以上的高温，地球上所有物质在这个温度下都会气化；第二难是把氘氚混合 气约束在那样的高温下数皮秒（1皮秒=0.000 000 000 001秒）。只有满足这两个条件，氘-氚核聚变才能产生。

1952年11月1日，美国人在太平洋的埃尼威托克环岛（Enewetak atoll） 秘密爆炸了一颗代号Ivy Mike的氢弹，第一次实现人工核聚变，在核聚变研究上超 过英国人，领先于世界。但那瞬间即逝的能量无法应用，从那时候至今的半个多世纪，受控核聚变的进程步履蹒跚。

1954年，几乎和第一个核电站同时，前苏联人秘密制造了一个托卡马克装置（T-1），用来进行核聚变实验。由于久无结果，到赫鲁晓夫时期索性公开，并邀请英国人合作。进而，在1958年日内瓦国际原子能大会上，与会各国达成了国际合作协议。

沉闷了10年 后，1968年，前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫报告他们在T-3上 获得了最接近核聚变的结果。英国人不信，带上当时最先进的仪器去测，测得比塔姆报告还要高的温度。消息传出，各国竞相仿制，“磁约束”一时成为受控核聚变 研究的主流。

又过了20多年，1991年11月9日， 欧洲的JET装置上首先得到1.7百万瓦（MW）的受控核聚变输出，以后又有1993年美国TETR的10MW，1997年欧洲JET的16MW。不过，那都是瞬间核 聚变，由于“磁约束”的不稳定性，还都是偶然结果。离“一次点燃，自持燃烧”的愿望相距甚远。我个人认为，历经半个多世纪，“磁约束”走入了死胡同。2006年，中国在合肥建成“EAST超导托卡马克核 聚变实验装置”，跟在人后，缺乏远见。

在美国加利福尼亚州的利弗莫尔（Livermore），有一座名为“国家点火设施”（National Ignition Facility）的核聚变实验装置（NIF)。始建于1997年，因难题众多，实际花费4倍于预算，到2009年3月31日， 才通过美国能源部验收。

NIF放弃了那些巨大的环形线圈，毅然采用了非主流的“惯性约束”；放弃追求“自持燃烧”，转 向脉冲式能量输出。

简单地说，把几毫克液化氘氚混合物封闭在微小的靶丸中，靶丸被弹入反应腔的某一刻，用激光提供瞬间1.4百万焦耳（MJ）的能量，聚焦在靶丸上，造成1亿 度以上的高温。

靶丸内的氘氚混合物由于惯性，在数皮秒内不会发 散。这个小小的核聚变会释放出约140MJ能量。靶丸有规律地不断弹出，配合激光同步照射，就能获 取持续地脉动能量。而每个靶丸的成本只有0.25美元。

第一次点火实验已经于2010年10月8日获得成功。NIF官方预计，不断产生的核聚变反应可以在两年内实现；2020年 投入商业试运营；到2050年，25%的美 国能源将来自这个反应堆。

在我对“磁约束”失望后，对“惯性约束”寄予厚望。我祝NIF成 功，使一个没有核污染的能源早日造福人类。