[其它杂谈]核能史话  核动力的应用 [第28页]

第四章：核能的开发和利用

6、核动力的应用

    自从地球上第一次出现人类以来，人类为了求得自身的生存和发展，一直在为扩大能源，提高自己驾驭大自然的能力而斗争。为此，人们曾经利用过大自然所给予的各种动力资源，从最初依靠自己的体力，发展到利用畜力、水力、风力和木材、煤炭、石油、天然气等等。

    然而，所有这一切能源，它们都离不开太阳能。太阳能是由于太阳上的大量氢核在极高的温度下，聚变为氦核时所释放的巨大的聚变能，并在其周围形成一圈强烈的热扰动，并以热辐射能照射到各个星球上，其中的很小一部分照射到地球表面，仅此已足以使地球上的各种生物繁殖生长。

    植物通过光合作用，把空气中的碳、氢、氧、氮合成为有机物，以化学能的形式储存在植物中。而牛马等家畜吃了青草，身体内细胞的新陈代谢作用变成为人类可以利用的畜力；同样，人食用了蔬菜、水果和肉类等食物后，就可形成能劳动的体力。

    另外，太阳光的热能使海洋里的水蒸发，形成天空中的云。云在大自然的作用下，以降雨的形式在高山上形成瀑布或在水库中把能量储存起来，经开发后由水轮发电机组转变为电能输送出去加以利用。还有，因大自然的变迁可把大量有机物质和森林等深埋在地层内，天长日久后形成石油和煤炭，及天然气等有用的动力资源。

    多少年来，人类就是利用太阳能所形成的动力资源，推动着生产力向前发展，并不断提高人们的物质生活和精神生活。而随着人口的不断增加，社会生产力的不断提高，以及人们对高度物质文明和精神文明的需要，使得人们对动力资源的需求也就越来越大。特别是一切现代化工业、农业、交通运输业、国防和科技等都需要大量的能源，才能维持其高速度发展。

    人口的增长和能源的消耗量基本上是正比关系，而随着人口的增长，能源的消耗量飞快地增加。人口50年翻一番，而能源消耗，从1956～1970年相隔15年就增加了一倍多。当然，各国的消耗量和其工业发达的程度有关。二十世纪七十年代，一个美国或加拿大公民每年耗能8.4吨石油。而这两国的人口只占世界总人口的6％，耗能却占了31.3％；相反，占世界人口10％的非洲人，耗能只占2％，平均每人只消耗0.31吨石油，远小于世界平均值每人1.6吨。

    由此设想，如果全世界每一个公民都能享受到像美国等发达国家的消耗量，那么即使人口的净增长率为“零”，其能源的消耗量也要猛增五倍。如按煤和石油的发热量进行计算，可得每吨石油相当于1.4吨煤的发热量，则每年要消耗450亿吨煤。而地球上已查明的有开采价值的煤炭储藏量为13000亿吨，这样不到30年就将开采完。另外，加上石油的储藏量也只能增加十年的开采量，也就是说40年左右就要用完。

    当然，人们还可采取其它种种措施，如开发水力、风力、太阳能等。但由于人口的不断增加(大约每秒钟增加一人)，生活对能源的需求仍将不断扩大。按保守的估计，即保持原有的耗能水平，那么煤的开采只能维持200年，而石油和天然气则更短，为50年左右。这就好像一个人只从银行取款，而没有新款存进去一样，总有一天要取完。为此，世界上许多国家，特别是那些动力资源贫乏的那些国家，都在寻找开发新能源的途径。而1939年巨大的核裂变能的发现，立即引起了各国能源专家的重视。

    由于第二次世界大战的特定环境，核能末被和平利用，而首先用于军事目的。但是第二次世界大战以后，美、苏、英、法等国都成立了利用核能的工业部门，大力发展和推广核能的应用。其实人们早在蒸汽机时代，就知道把热能转换成电能为人类服务。而核裂变能它也是以热能的形式出现的，只要把这些热量传递出来，就能对核能加以利用。

    核能只能在特定的反应堆内释放，首先转换成热能，然后通过蒸汽透平带动发电机组转换成对人类特别有用并能方便传送的电能，这就是核发电站的设想。原子能电站通过铀235核裂变链式反应可释放出巨大的热能，然后由载热剂(如水或二氧化碳气体等)把热量带到热交换器，把热量交换后，由主泵把载热剂送回到堆内。在热交换器内产生的蒸汽被送入了透平车间，推动蒸汽透平转动的同时带动发电机组，最后变成电能输送出去。

    由于美国在核能发展方面的有利条件，使得它早在1950年就曾利用核能进行发电的尝试。那是建造在布鲁克海文实验室的一个实验性核动力堆，电功率为3万千瓦，用天然铀作燃料，石墨作慢化剂，反应堆的芯部通入空气进行冷却，然后将被加热的空气引入热交换器，使水变成蒸汽，最后推动小型透平发电机组发电。另外在1951年12月20日，美国利用它的第一座生产钚的增殖反应堆的剩余热量来发电，电功率为100千瓦。

    虽然美国从五十年代初就开始研究和建造用于发电的各种类型的反应堆，但其真正的目的还是在于军事。1954年，美国建造的第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号举行了下水典礼，这就是一个很好的证明。而世界上第一个使用核燃料把核能用来发电的核动力反应堆是在苏联首先建成的。这个核电站是在1954年6月27日开始正式运转发电的，它的电功率为5000千瓦。所用的核燃料是一种低浓缩铀，铀235占5％。慢化剂和反射层均用纯石墨砌块，反应堆内插有128根铀棒，铀的总装量为550公斤，每昼夜铀235的消耗量为30克。而英国第一座用气体冷却的动力堆的核发电容量为50000千瓦，它是在1956年5月英国的卡德霍尔建成投入运行的，可供30万人口的城市需要。同年美国在希平港建成了一号压水堆型核电站，其发电容量为60000千瓦。

    随着核科学技术的不断发展，核动力被广泛地用于各种舰艇和船只，并出现了许多种堆型，其中主要有，轻水堆、石墨气冷堆和重水堆。到1977年6月底，在已投产的核电站中，压水堆和沸水堆统称为轻水堆，比重约占81％，而在新建的核电站中，轻水堆的比重高达94％。核电站的总容量反从1976年的一亿千瓦到1980年为1.7亿千瓦，而1985年可达4亿千瓦。另外，从世界总能源的消耗量中看出，核能所占的比重从1976年的0.3％到1980年的3％增长了10倍。到1978年12月为止，世界上拥有反应堆的国家，已达几十个国家，而拥有大型核电站的国家也有十几个，功率从30万、40万、60万和90万千瓦，一直到100万，130万千瓦的核电站都相继投入了运行。

    目前世界上美国所拥有的核发电站最多，其次是苏联，而日本和法国的核发电也发展很快，而西德和英国的核发电容量则达几千万千瓦，就是印度的核发电容量1980年也为270万千瓦。核能源将成为—种普通的常规能源，它将成为人们日常生活必不可少的能源之一。