“核”你在一起——科学家讲述“核”的故事_中国核学会 - 科普教育
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 “核”你在一起——科学家讲述“核”的故事
2015-08-20 | 编辑:enablesite | 【
      胡思得,核武器工程专家,中国工程物理研究院研究员。1936年出生于浙江宁波,1958年毕业于上海复旦大学。一直从事并先后参加或主持领导了多项核武器理论研究设计工作。在突破原子弹阶段、氢弹的研究设计和发展以及核试验的近区物理测试中做了大量组织领导工作。1995年当选为中国工程院院士。

      陈念念,核材料与核燃料专家。1941年1月出生于上海,1964年毕业于清华大学工程物理系同位素分离专业。曾任中国核工业集团公司核工业理化工程研究院院长,现任中国核工业集团公司专家委员会副主任,核工业理化工程研究院科技委主任,中国核学会常务理事、研究员。2005年当选为中国工程院院士。

      “核”看似很遥远,却与我们的生活息息相关,直接影响着国家稳定发展和人民稳步生活。2015年是中国核工业创建60周年,为了让更多的社会公众关注核科学事业,7月29日,由中核集团、中国核学会、山西省国防科学技术协会主办,中国核燃料有限公司和中核新能公司承办的“‘核’你在一起院士报告会”在太原南宫剧院举行。中国工程院院士胡思得、陈念念用历史的经验与故事,向龙城人娓娓道来了关于“核”的故事。
A 核武器威力究竟有多大
      “利用能自持进行的原子核裂变或聚变反应瞬时释放的巨大能量,产生爆炸作用,并具有大规模毁伤破坏效应的武器就是核武器。”胡思得说。据了解,核武器的威力通常以释放相同能量的TNT炸药质量来标度,称千吨、万吨、百万吨TNT当量。现在世界上大部分战略核武器型号的威力在几十万吨TNT当量。核爆炸时,在很小的空间内,在非常短促的时间里,放出如此巨大的能量,致使弹体及其周围介质形成高温高压等离子气团,r和放射性裂变碎片,产生多种毁灭效应。
      首先就是冲击波,强大的力量能使房屋倒塌、道路塌裂。大量的光和热形成辐射,几乎不受阻碍穿透各种障碍物。还有就是电磁脉冲和辐射的影响。当年在美国氢弹实验时,当氢弹爆炸的一瞬间,相隔几百里之外的城市全部断电,这就是电磁脉冲的威力。
      由于核武器具有多种杀伤破坏效应,又配有多种先进的投掷发射工具,使它成为当今世界上对人员和物体杀伤破坏最强的武器。正是因为它的巨大威力结束了二战的硝烟,二战之后,全世界疯狂拉开了制造核武器的序幕。
      在20世纪五六十年代,我国就饱受少数拥核国家的核威胁。“发展核武器是为消灭核武器,”胡思得开宗明义,他表示,我国发展核武器,就是为了打破核讹诈、核威胁,为了避免他国的核威胁,防止核战争。新中国成立后,我国仍然受到核武器的威胁,比如,朝鲜战争爆发以后,美国五角大楼就一直在研究使用原子武器的可能性。“1953年,美国机密文件中提到,万一与前苏联或中国发生敌对行动,美国将把核武器视为可以使用的武器。”
      “在关系国家命脉的高端科技前,我们没有退路,必须发展属于自己的核武器,中国研制和发展少量核武器,不是为了威胁别人,而是为了维护国家的独立、主权和领土完整,保卫人民的安定生活。”胡思得说,“在20世纪60年代,我国在物质技术基础十分薄弱的条件下,较短时间里实现了两弹的突破,走出一条中国特色的发展道路,实属不易。”核武器技术的突破,使我国在世界高新科学技术领域占有一席之地,较大幅度地提高了我国的综合国力和国际地位。总结两弹发展的宝贵经验,对21世纪实现我国科技事业的腾飞,特别是当下集中力量、突出重点发展高科技,提供了不少有益的启示。
B 32个月创造核武器奇迹
      从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功,美国用了7年零5个月,前苏联用了4年,英国用了5年零6个月,法国是8年零6个月,而中国只用了2年零8个月,原因何在?
      据胡思得介绍,美国为什么用了这么长时间,因为有发展争议,好多科学家颇多顾虑,从而耽误科研过程。前苏联的发展方向是对的,所以用时比较短,而法国爆炸原子弹在中国之前,但是走错了氢弹的技术道路,“直到我国爆炸了氢弹后,戴高乐非常生气,他把核武器研究的负责人叫到办公室,问为什么中国可以领先法国爆炸氢弹。”
      胡思得说,其实这其中的原因很简单。因为核武器研制属于大科学工程,需要多方面的通力协作,而中国的科研团队具有很强的凝聚力。胡思得回忆道,当时,苏方撕毁协定,撤走了全部专家,带走了许多图纸和资料,我们怎么办?只能靠自己。“1000多家科研单位通力协作,高等学校、工业部门合作生产高质量的测试仪器设备等,在搜集测试原子弹爆炸数据工作中,97%的测试仪器运作正常,这些为原子弹的成功发射立下了汗马功劳。”
      胡思得认为,促进科技快速发展也需要先进的哲学思想作指导。他说,氢弹是一个非常复杂的系统,青年科学家黄祖洽、于敏、周光召依据“矛盾论”的思想,先从分析内因入手。“他们把氢弹的整个燃烧过程分解为多个不相同而又相互关联、相互依存、此消彼长的若干阶段,并搞清楚每一个阶段的主要矛盾如何发展转化。”
      “集体集体集集体,日新日新日日新。”报告会尾声时,投影仪上显示出这样一行文字。胡思得介绍说,1984年,氢弹理论设计荣获国家自然科学奖一等奖,大家公推彭桓武院士名列第一,当把领回来的奖章和奖牌给他时,他坚决不收,要放在办公室,还写了上述这副对联。“所以,在攻关科研高地时,集体的力量是伟大的。”
C 核能有巨大的发展前景
      当前,中国煤炭消费量占据了全球煤炭消费量的一半。2010年的数据显示,全年煤炭消费总量为32亿吨,其中电力行业耗煤为17亿吨,占比超50%。预计2011年,煤炭产量将超过35亿吨,在以煤为主的资源型消耗中二氧化碳的排放方面的环保压力;资源在西、市场在东的运输压力等,而太阳能、风能、生物能等新能源开发始终不能突破技术瓶颈,使用成本过高。在未来很长一段时间内不具备成为主力能源的条件,大家都渴望一个新型又清洁的能源能够大面积推广。
      “中国能源发展就靠两条:一是清洁煤,二是核能。清洁煤发展还不成熟,所以就能解决问题的来说,只有核能。从资源禀性、能源利用率上来说,核能发展前景最大。”陈念念说。
      但是随着核电发展战略地位的迅速提升,使核燃料以及核燃料加工设备等相关领域需求骤增,供需矛盾非常明显。陈念念表示,我国核电发展很麻烦,需要很庞大的系统来保证安全,它不像石油燃烧变成气,煤炭燃烧变成煤渣,核电的后顾之忧有很多,当前我国核燃料产业整体还处于初级阶段,在5个核大国中生产能力仅占3%~5%。但是能确定核能是现阶段我国应发展的较理想的过渡能源,我国已确定了加速发展核能的能源方针,今后相当长的一段时间内,核电占我国总发电能力的比例将逐步增加,核电对促进我国国民经济发展将起到越来越大的作用。
D 当今核能源开发很安全
      日本福岛核电站的灾难性事故令很多人对核电站望而却步,并且在全球引发恐慌。除了大规模争论核电的安全性之外,更为实质性的举动也在全球扩散。2011年5月30日,德国总理默克尔宣布,将在2015~2022年之间关闭为该国提供约28%电力的18所核电厂,转投再生能源领域。德国工业制造巨头西门子公司也响应政府的表态,计划退出核工业领域,核电占比总发电量超过50%的比利时也随后宣布,阶段性废除核电站。
      2000年之后,中国核电建设迎来了政策上的转机从“适度发展”变为“积极推进”。2007年11月,国务院批准了《核电中长期发展规划(2005~2020年)》,并明确提出,“到2020年,中国核电运行装机容量争取达到4000万千瓦,在建1800万千瓦”。
      其中核电站发电过程控制也已成熟。陈念念介绍,铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子,这样就产生热量及中子。当中子撞击另外一个铀原子时,再次触发分裂,产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。而现在的情况是,当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热,在45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是,在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的,制造一颗原子弹实际上是相当困难的。
      为了控制链式反应的发生,反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子,从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的:当一切正常运转时,不会用到任何控制棒。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量,并且在常规的250℃的运转温度下还有许多余地。
      而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后,核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止,但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品,比如铯和碘同位素。这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子,然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中,也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生,所以它们的数量会越来越少,在衰变的过程中,大约几天时间内,核心就会最终冷却下来。
      目前让人头痛的就是这些余热,所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。但是此时最重要的任务是控制住核心持续升温,并且确保第一层护罩及第二层护罩能够保持完整并尽可能多工作一段时间,从而让工程师们能够有足够的时间修好冷却系统。因为让核心冷却是那么重要的事情,所以反应堆内实际上有多个冷却系统。
      “现在的奥拓在某些配备方面比40年前的奔驰强。就安全技术而言,现在的低档车也都配备了气囊、ABS等技术,40年前,再好的车也没有这些东西,设计理念没到这儿。而且如今我们的技术更加成熟,核电的发展已经可以放心使用。”陈念念说。

(来源:中国核电信息网)

 
   
 
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