核動力的應用

自從地球上第一次出現人類以來，人類為了求得自身的生存和發展，一直在為擴大能源，提高自己駕馭大自然的能力而斗爭。為此，人們曾經利用過大自然所給予的各種動力資源，從最初依*自己的體力，發展到利用畜力、水力、風力和木材、煤炭、石油、天然氣等等。

　　然而，所有這一切能源，它們都離不開太陽能。太陽能是由于太陽上的大量氫核在極高的溫度下，聚變為氦核時所釋放的巨大的聚變能，并在其周圍形成一圈強烈的熱擾動，并以熱輻射能照射到各個星球上，其中的很小一部分照射到地球表面，僅此已足以使地球上的各種生物繁殖生長。

　　植物通過光合作用，把空氣中的碳、氫、氧、氮合成為有機物，以化學能的形式儲存在植物中。而牛馬等家畜吃了青草，身體內細胞的新陳代謝作用變成為人類可以利用的畜力；同樣，人食用了蔬菜、水果和肉類等食物后，就可形成能勞動的體力。

　　另外，太陽光的熱能使海洋里的水蒸發，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庫中把能量儲存起來，經開發后由水輪發電機組轉變為電能輸送出去加以利用。還有，因大自然的變遷可把大量有機物質和森林等深埋在地層內，天長日久后形成石油和煤炭，及天然氣等有用的動力資源。

　　多少年來，人類就是利用太陽能所形成的動力資源，推動著生產力向前發展，并不斷提高人們的物質生活和精神生活。而隨著人口的不斷增加，社會生產力的不斷提高，以及人們對高度物質文明和精神文明的需要，使得人們對動力資源的需求也就越來越大。特別是一切現代化工業、農業、交通運輸業、國防和科技等都需要大量的能源，才能維持其高速度發展。

　　人口的增長和能源的消耗量基本上是正比關系，而隨著人口的增長，能源的消耗量飛快地增加。人口50年翻一番，而能源消耗，從1956～1970年相隔15年就增加了一倍多。當然，各國的消耗量和其工業發達的程度有關。二十世紀七十年代，一個美國或加拿大公民每年耗能8.4噸石油。而這兩國的人口只占世界總人口的6％，耗能卻占了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噸石油，遠小于世界平均值每人1.6噸。

　　由此設想，如果全世界每一個公民都能享受到像美國等發達國家的消耗量，那么即使人口的凈增長率為“零”，其能源的消耗量也要猛增五倍。如按煤和石油的發熱量進行計算，可得每噸石油相當于1.4噸煤的發熱量，則每年要消耗450億噸煤。而地球上已查明的有開采價值的煤炭儲藏量為13000億噸，這樣不到30年就將開采完。另外，加上石油的儲藏量也只能增加十年的開采量，也就是說40年左右就要用完。

　　當然，人們還可采取其它種種措施，如開發水力、風力、太陽能等。但由于人口的不斷增加(大約每秒鐘增加一人)，生活對能源的需求仍將不斷擴大。按保守的估計，即保持原有的耗能水平，那么煤的開采只能維持200年，而石油和天然氣則更短，為50年左右。這就好像一個人只從銀行取款，而沒有新款存進去一樣，總有一天要取完。為此，世界上許多國家，特別是那些動力資源貧乏的那些國家，都在尋找開發新能源的途徑。而1939年巨大的核裂變能的發現，立即引起了各國能源專家的重視。

　　由于第二次世界大戰的特定環境，核能末被和平利用，而首先用于軍事目的。但是第二次世界大戰以后，美、蘇、英、法等國都成立了利用核能的工業部門，大力發展和推廣核能的應用。其實人們早在蒸汽機時代，就知道把熱能轉換成電能為人類服務。而核裂變能它也是以熱能的形式出現的，只要把這些熱量傳遞出來，就能對核能加以利用。

　　核能只能在特定的反應堆內釋放，首先轉換成熱能，然后通過蒸汽透平帶動發電機組轉換成對人類特別有用并能方便傳送的電能，這就是核發電站的設想。原子能電站通過鈾235核裂變鏈式反應可釋放出巨大的熱能，然后由載熱劑(如水或二氧化碳氣體等)把熱量帶到熱交換器，把熱量交換后，由主泵把載熱劑送回到堆內。在熱交換器內產生的蒸汽被送入了透平車間，推動蒸汽透平轉動的同時帶動發電機組，最后變成電能輸送出去。

　　由于美國在核能發展方面的有利條件，使得它早在1950年就曾利用核能進行發電的嘗試。那是建造在布魯克海文實驗室的一個實驗性核動力堆，電功率為3萬千瓦，用天然鈾作燃料，石墨作慢化劑，反應堆的芯部通入空氣進行冷卻，然后將被加熱的空氣引入熱交換器，使水變成蒸汽，最后推動小型透平發電機組發電。另外在1951年12月20日，美國利用它的第一座生產钚的增殖反應堆的剩余熱量來發電，電功率為100千瓦。

　　雖然美國從五十年代初就開始研究和建造用于發電的各種類型的反應堆，但其真正的目的還是在于軍事。1954年，美國建造的第一艘核動力潛艇“鸚鵡螺”號舉行了下水典禮，這就是一個很好的證明。而世界上第一個使用核燃料把核能用來發電的核動力反應堆是在蘇聯首先建成的。這個核電站是在1954年6月27日開始正式運轉發電的，它的電功率為5000千瓦。所用的核燃料是一種低濃縮鈾，鈾235占5％。慢化劑和反射層均用純石墨砌塊，反應堆內插有128根鈾棒，鈾的總裝量為550公斤，每晝夜鈾235的消耗量為30克。而英國第一座用氣體冷卻的動力堆的核發電容量為50000千瓦，它是在1956年5月英國的卡德霍爾建成投入運行的，可供30萬人口的城市需要。同年美國在希平港建成了一號壓水堆型核電站，其發電容量為60000千瓦。

　　隨著核科學技術的不斷發展，核動力被廣泛地用于各種艦艇和船只，并出現了許多種堆型，其中主要有，輕水堆、石墨氣冷堆和重水堆。到1977年6月底，在已投產的核電站中，壓水堆和沸水堆統稱為輕水堆，比重約占81％，而在新建的核電站中，輕水堆的比重高達94％。核電站的總容量反從1976年的一億千瓦到1980年為1.7億千瓦，而1985年可達4億千瓦。另外，從世界總能源的消耗量中看出，核能所占的比重從1976年的0.3％到1980年的3％增長了10倍。到1978年12月為止，世界上擁有反應堆的國家，已達幾十個國家，而擁有大型核電站的國家也有十幾個，功率從30萬、40萬、60萬和90萬千瓦，一直到100萬，130萬千瓦的核電站都相繼投入了運行。

　　目前世界上美國所擁有的核發電站最多，其次是蘇聯，而日本和法國的核發電也發展很快，而西德和英國的核發電容量則達幾千萬千瓦，就是印度的核發電容量1980年也為270萬千瓦。核能源將成為—種普通的常規能源，它將成為人們日常生活必不可少的能源之一。