【儀表網 儀表科普】“核”看似很遙遠,卻與我們的生活息息相關,直接影響著國家穩定發展和人民穩步生活。2015年是中國核工業創建60周年,為了讓更多的社會公眾關注核科學事業,中核集團、中國核學會、山西省國防科學技術協會主辦,中國核燃料有限公司和中核新能公司承辦了“‘核’你在一起院士報告會”。中國工程院院士胡思得、陳念念用歷史的經驗與故事,向遼寧省龍城人娓娓道來了關于“核”的故事。
“集體集體集集體,日新日新日日新。”報告會尾聲時,投影儀上顯示出這樣一行文字。胡思得介紹說,1984年,理論設計榮獲國家自然科學獎一等獎,大家公推彭桓武院士名列,當把領回來的獎章和獎牌給他時,他堅決不收,要放在辦公室,還寫了上述這副對聯。“所以,在攻關科研高地時,集體的力量是偉大的。”
核能有巨大的發展前景
當前,中國煤炭消費量占據了煤炭消費量的一半。2010年的數據顯示,全年煤炭消費總量為32億噸,其中電力行業耗煤為17億噸,占比超50%。預計2011年,煤炭產量將超過35億噸,在以煤為主的資源型消耗中二氧化碳的排放方面的環保壓力;資源在西、市場在東的運輸壓力等,而太陽能、風能、生物能等新能源開發始終不能突破技術瓶頸,使用成本過高。在未來很長一段時間內不具備成為主力能源的條件,大家都渴望一個新型又清潔的能源能夠大面積推廣。
“中國能源發展就靠兩條:一是清潔煤,二是核能。清潔煤發展還不成熟,所以就能解決問題的來說,只有核能。從資源稟性、能源利用率上來說,核能發展前景大。”陳念念說。
但是隨著核電發展戰略地位的迅速提升,使核燃料以及核燃料加工設備等相關領域需求驟增,供需矛盾非常明顯。陳念念表示,我國核電發展很麻煩,需要很龐大的系統來保證安全,它不像石油燃燒變成氣,煤炭燃燒變成煤渣,核電的后顧之憂有很多,當前我國核燃料產業整體還處于初級階段,在5個核大國中生產能力僅占3%~5%。但是能確定核能是現階段我國應發展的較理想的過渡能源,我國已確定了加速發展核能的能源方針,今后相當長的一段時間內,核電占我國總發電能力的比例將逐步增加,核電對促進我國國民經濟發展將起到越來越大的作用。
當今核能源開發很安全
日本福島核電站的災難性事故令很多人對核電站望而卻步,并且在引發恐慌。除了大規模爭論核電的安全性之外,更為實質性的舉動也在擴散。2011年5月30日,德國總理默克爾宣布,將在2015~2022年之間關閉為該國提供約28%電力的18所核電廠,轉投再生能源領域。德國工業制造巨頭西門子公司也響應政府的表態,計劃退出核工業領域,核電占比總發電量超過50%的比利時也隨后宣布,階段性廢除核電站。
2000年之后,中國核電建設迎來了政策上的轉機從“適度發展”變為“積極推進”。2007年11月,國務院批準了《核電中長期發展規劃(2005~2020年)》,并明確提出,“到2020年,中國核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦,在建1800萬千瓦”。
其中核電站發電過程控制也已成熟。陳念念介紹,鈾燃料通過核分裂產生熱量。大的鈾原子分裂成更小的原子,這樣就產生熱量及中子。當中子撞擊另外一個鈾原子時,再次觸發分裂,產生更多的中子并一直繼續下去。這就是核裂變的鏈式反應。而現在的情況是,當一堆燃料棒湊在一起時就會很快導致過熱,在45分鐘后就會導致燃料棒融化。但是值得指出的是,在核反應堆內的燃料棒是不可能導致像是相當困難的。
為了控制鏈式反應的發生,反應堆操作員會用到“控制棒”??刂瓢艨梢晕罩凶樱瑥亩查g停止鏈式反應。一個核反應堆是這樣設計的:當一切正常運轉時,不會用到任何控制棒。冷卻水會在核心產生熱量的同時帶走熱量,并且在常規的250℃的運轉溫度下還有許多余地。
而挑戰在于將控制棒插入并停止鏈式反應后,核心依然在產生熱量。雖然鈾元素的鏈式反應已經停止,但是在鈾元素的核裂變過程中會產生一些具有放射性的副產品,比如銫和碘同位素。這些元素的放射性同位素會終衰變為更小的原子,然后失去放射性。在這些元素的衰變過程中,也會產生熱量。因為它們不會再從鈾元素中產生,所以它們的數量會越來越少,在衰變的過程中,大約幾天時間內,核心就會終冷卻下來。
目前讓人頭痛的就是這些余熱,所以操作員們只能退到“縱深防御”中更進一層。但是此時重要的任務是控制住核心持續升溫,并且確保層護罩及第二層護罩能夠保持完整并盡可能多工作一段時間,從而讓工程師們能夠有足夠的時間修好冷卻系統。因為讓核心冷卻是那么重要的事情,所以反應堆內實際上有多個冷卻系統。
“現在的奧拓在某些配備方面比40年前的奔馳強。就安全技術而言,現在的低檔車也都配備了氣囊、ABS等技術,40年前,再好的車也沒有這些東西,設計理念沒到這兒。而且如今我們的技術更加成熟,核電的發展已經可以放心使用。”陳念念說。
人物介紹:
陳念念,核材料與核燃料專家。1941年1月出生于上海,1964年畢業于清華大學工程物理系同位素分離專業。曾任中國核工業集團公司核工業理化工程研究院院長,現任中國核工業集團公司專家委員會副主任,核工業理化工程研究院科技委主任,中國核學會常務理事、研究員。2005年當選為中國工程院院士。