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核能未来的发展趋势如何?

2011-08-10 16:10:40 本文行家:夏茹雪

核电作为一种可持续发展的清洁能源受到世界各国的普遍重视。截至1998年3月,已有30多个国家和地区建造或计划建造的各类核电站共437座,总装机容量超过3.5亿千瓦。

核能核能

       核电是和平利用核能的主要途径。核电作为一种可持续发展的清洁能源受到世界各国的普遍重视。截至1998年3月,已有30多个国家和地区建造或计划建造的各类核电站共437座,总装机容量超过3.5亿千瓦。随着人们环保意识的增强,用新一代核电站替代化石燃料发电将成为21世纪能源舞台上的主旋律。所谓新一代核电站是指安全性能更好、可靠性更高、经济上更加合理的核电站。大家知道,现有的核电站大多数是在前0年代核电高速发展阶段建造的。这些核电站的设计寿命为30-40年,现在正在研究,可望将其寿命延长到60年。科学技术进步和社会大众对核安全的关注,使人们对核电站的安全性提出了更高的要求。要求核电站的反应 堆从设计原理上就具备固有安全性。所谓固有安全性是指反应堆不但在任何事故条件下都能自动停止运行,而且在最严重的假想事故下,停堆后的剩余发热能依靠自然对流等自然机制导出堆外,保持堆芯和核燃料元件的完整,从根本上排除堆芯熔化和放射性逸出的可能性。这种具有固有安全性的反应堆将成为下世纪替代原有核电机组和化石燃料发电的明星。

  面对化石能源的紧缺与其使用所带来的诸多困扰,世界各国除充分利用现有的传统能源外,还大力研究开发新能源,以实现能源多样化,如科学家们提出的“向太空要能源”(拟建太空太阳能电站),“向月球要能源”(拟开发地球上贫乏而月球上丰富的核聚变燃料氦-3),以及氢能、地热能、海洋能等的开发研究。

  聪明智慧的核物理学家和核能专家们更为人类描绘了一幅回答所面临的能源总是挑战的蓝图。他们构筑的基本思路是:大力开发利用核能,拓宽核能应用领域,尽快以核能去替代化石的能源。目前,广泛投入使用的热堆核电站技术上已基本成熟;快堆电站将大大提高轴资源的利用率;人们充满信心、已取得可喜进展的聚变反应堆核电站将长期地满足人类能源的需求;科学家们正在进一步探索和构想的正反物质湮没堆核电站更能提供取之不尽,用之不竭的能源。

  核能供热是和平利用核能的另一途径。根据供热温度的不同又分为低温供热和高温供热两大类。

  海洋核电站是人们随着海洋石油开采不断向深海海底发展而提出的一项大胆设想。它采用的是一种安全性非常好的铀氢锆反应堆(又称脉冲反应堆)。

       在勘探和开采深海海底的石油和天然气时,需要从陆地上的发电站向海洋采油平台远距离供电。为此,就要用很长的海底电缆将电输送过去。这不仅技术上要求很高,而且要花费大量的资金。如果在采油平台的海底附近建造海底核电站,就可轻而易举地向采油平台或其他远洋作业设施提供廉价的电力。

  核反应堆还可用作各种舰船(原子破冰船、核潜艇、核航空母舰等)的动力装置。微型瓜堆重量轻、性能可靠、使用寿命长,可作为空间核电源。太空核反应堆所用的燃料为高浓铀。空间核能源之利用有两个途径:一是,采用高浓度的铀燃料与氢化锆慢化剂均匀混合的热中子反应堆,反应堆产生的热量由液体钠-钾合金带出,钠-钾冷却剂带出的热量在热电转换放热器中直接转换成电源;二是,以热电偶或热离子方式发电。

  目前,科学家们又在研制一种称为“外中子驱动的次临界装置”。它是用外中子源(如用加速器产生的散裂中子源驱动次临界装置(即处于次临界状态的反应堆)生产核蒸汽以带动汽轮发电机组发电。这不仅提高了核电站的安全性,还可嬗变长寿命核素,在处理放射性废物方面是颇有吸引力的装置。此外,大力发展和推广同位素与辐射技术也是核工业经济建设和人民生活服务的重要内容。同位素和辐射技术在工业、农业、医学、环境、考古、科研和教学等领域有着广泛的应用,有着广阔的发展前景,是核科技产业化的一个重要组成部分。

  氢的核聚变反应需极高的温度,太阳的高温来自核聚变。地球上除实验室外并不存在自然的核聚变条件。

  进入90年代以后,人们在受控热核聚变研究中取得了突破性的进展。1991年11月9日,欧洲联合环JET装置首次成功地实现了受控热核聚变。1993年,美国TFTR装置也进行了氘氚受控热核聚变实验。JET上获得的聚变功率输出为16.1兆瓦,输出能量为21.7焦耳。同时,日本的托卡马克JT-60上获得等放四舍五入加热功率与输出核聚变功率之比已高达1.25,并且其等离子体参数已达到或超过受控热核聚变的条件,如峰值离子温度为4.5亿摄氏度(要求1亿摄氏度)。至此,受控热核聚变的科学可行性得到了证实,具备了开展工程试验研究的科学技术基础。据此,核科学家们认为,若由国际原子能机构组织的国地合作科研工程如(国际受控热核实验反应堆)大型装置的资金问题得到解决,可以乐观地估计,到21世纪50年代,第一座用于发电的商用热核聚变反应堆将开始运转。

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