1896年，亨利·貝克勒爾確認(rèn)了天然放射性的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟了核能的發(fā)展史。他發(fā)現(xiàn)鈾鹽發(fā)出的輻射可以穿過(guò)紙板，使照相板變黑，并使空氣電離。這種輻射的特性開(kāi)啟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。接著，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了釙和鐳，后者的放射性是鈾的數(shù)百萬(wàn)倍。

然而，實(shí)際利用原子能的方法是由俄國(guó)著名科學(xué)家弗拉基米爾·弗納德斯基開(kāi)發(fā)的，他是第一個(gè)將核能經(jīng)濟(jì)利用的人。早在1908年，弗爾納德斯基就提出，由于放射性可以提供熱能，因此具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。于是，一種新型的、具有巨大潛力的能源被開(kāi)發(fā)出來(lái)。當(dāng)時(shí)在俄國(guó)和歐洲已經(jīng)有幾位科學(xué)家在從事放射性元素的研究，弗納德斯基證明了鐳在實(shí)際使用中的重要性。

弗拉基米爾·弗納德斯基

1910年秋，在弗爾納德斯基的建議下，科學(xué)院成立了一個(gè)鐳委員會(huì)，其中還包括戈利岑親王等高層管理人員和非常著名的院士別克托夫、卡爾平斯基和車(chē)爾尼雪夫。1910年12月29日，在俄羅斯科學(xué)院隆重的年會(huì)上，維爾納茨基宣讀了題為《鐳領(lǐng)域的今日任務(wù)》的計(jì)劃報(bào)告，他在報(bào)告中提出了整個(gè)地質(zhì)勘探和技術(shù)研究的計(jì)劃，并詳細(xì)介紹了尋找鈾礦石和控制原子衰變能量的技術(shù)路線。弗納德斯基在報(bào)告中說(shuō)：“……現(xiàn)在擺在我們面前的是，在放射現(xiàn)象中原子能比人類(lèi)想象中的所有動(dòng)力來(lái)源大數(shù)百萬(wàn)倍”(弗納德斯基 1954年)。與此同時(shí)，英國(guó)物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福發(fā)現(xiàn)了鈾核的α和β輻射，并確定質(zhì)子是一種獨(dú)立的基本粒子。他是第一個(gè)進(jìn)行人工核反應(yīng)的人，該反應(yīng)是將氮轉(zhuǎn)化為放射性的氟，獲得穩(wěn)定的氧。盧瑟福的主要科學(xué)成就是革命性的建立了原子的模型。根據(jù)這個(gè)模型，粒子的質(zhì)量不是均勻分布在空間上的，幾乎所有的質(zhì)量都集中在一個(gè)帶正電荷的小區(qū)域內(nèi)。

他根據(jù)阿爾法粒子通過(guò)金箔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出這一結(jié)論。在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上，著名科學(xué)家尼爾斯·玻爾于1913年提出了一個(gè)類(lèi)似氫原子的量子模型，即玻爾原子。盧瑟福創(chuàng)建了一所科學(xué)學(xué)院，其中詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，馬庫(kù)斯·奧立佛和保羅·哈特克發(fā)現(xiàn)了氦-3和氚，俄國(guó)科學(xué)家卡皮察制造了超強(qiáng)磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)了液氦的超流動(dòng)性。盧瑟福的學(xué)生中有量子力學(xué)的創(chuàng)始人尼爾斯·玻爾和蘇聯(lián)核武器的主要研制者之一卡里頓。第一次世界大戰(zhàn)期間，盧瑟福表示，希望在人們學(xué)會(huì)和平共處之前，不要掌控原子能。盧瑟福選擇了“尋求事物的第一原理”作為他的座右銘，一生都遵循這一原則。他于一年后去世，同年，奧托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了鈾的中子誘導(dǎo)裂變，開(kāi)啟了核武器和軍用核動(dòng)力的道路。

從第一臺(tái)核鍋爐到核電站，核能利用的道路比原子彈的發(fā)明快得多。首座核電站需要可控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在這個(gè)反應(yīng)中，鋼制反應(yīng)堆被分割開(kāi)來(lái)生產(chǎn)钚-239，它是鈾-238吸收中子過(guò)程中形成的。之后有了潛艇用的小型動(dòng)力裝置。1951年，在美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州的實(shí)驗(yàn)基地，科學(xué)家們甚至成功發(fā)電，并點(diǎn)亮四個(gè)燈泡。

問(wèn)題是，要運(yùn)行一個(gè)在功率上可與火力發(fā)電廠(TPP)相媲美的成熟發(fā)電廠，需要完全不同的溫度和功率。必須在高熱流密度和高壓下進(jìn)行熱交換，而這些問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的研究。堆心燃料必須在高溫下運(yùn)行而不被破壞，結(jié)構(gòu)材料必須能承受巨大的輻射負(fù)荷。

科學(xué)家?guī)鞝柷⊥蟹蚝投嗔性鸂柕玫搅酥С郑麄兘ㄔ煲粋€(gè)帶有管狀燃料元件的鈾-石墨反應(yīng)堆，其中使用非沸水作為冷卻劑。由于戰(zhàn)后資源短缺，反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)裝機(jī)較低。當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員尋找汽輪機(jī)組時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了一臺(tái)廢棄的小型汽輪機(jī)。雖然只有6兆瓦左右，但它卻相當(dāng)適合做實(shí)驗(yàn)性的核電站。這臺(tái)汽輪機(jī)的最終決定了世界上第一臺(tái)核電站的功率。從1951年9月開(kāi)始建設(shè)核電站的整個(gè)過(guò)程，就是一系列的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試的過(guò)程。通過(guò)觀察反應(yīng)堆的具體參數(shù)來(lái)分析可能出現(xiàn)的緊急情況，人們意識(shí)到最危險(xiǎn)的是冷卻水的加注。如果冷卻管道被破壞，中子就會(huì)增加，功率開(kāi)始增加。

戰(zhàn)后，蘇聯(lián)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)燃料棒，這是反應(yīng)堆最危險(xiǎn)的區(qū)域。首先，燃料棒是以鋼管的形式制作的，在鋼管上安裝了鈾襯套。當(dāng)純鈾被含9%鉬的合金取代后，危險(xiǎn)性有所降低，使用壽命增加到幾百小時(shí)。然而，最成功的解決方案是將鈾鉬合金分散在鎂基體中。測(cè)試時(shí)，這種設(shè)計(jì)處理了熱流密度過(guò)高的問(wèn)題。1954年5月初，科學(xué)家們開(kāi)始在堆芯中裝入燃料。第一批完整的核燃料含有546公斤鈾，其中鈾-235的濃度為5%。試驗(yàn)持續(xù)了一個(gè)半月，1954年6月26日下午5時(shí)45分，蒸汽供給汽輪機(jī)，世界上第一座核電站開(kāi)始承擔(dān)工業(yè)負(fù)荷，發(fā)電機(jī)功率為1.5兆瓦。第一座核電站的成功，以其幾乎無(wú)限的資源潛力，讓人們對(duì)清潔能源產(chǎn)生了希望。

在蘇聯(lián)建立第一座核電站幾年后，英國(guó)的卡爾德霍爾核電站(1956年，45兆瓦)和美國(guó)的航運(yùn)波克核電站(1957年，67兆瓦)開(kāi)始運(yùn)行。

卡爾德霍爾核電站

航運(yùn)波克核電站

多年來(lái)，核電在全球能源中占據(jù)了至關(guān)重要的地位。事實(shí)上，革新核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行方式是時(shí)代的需要。快中子反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展?jié)M足了一部分需求，如確保核電站的安全和核燃料的高效利用。而且，“快捷的能源”是解決核工業(yè)中涉及國(guó)家安全和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。首先，由于鈾在增殖核反應(yīng)中的利用率較高，其開(kāi)采和貯存對(duì)環(huán)境有一定影響。國(guó)際上已采取措施，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)會(huì)停止開(kāi)采鈾。因?yàn)殁櫩梢詮姆巳剂?SNF)和貧化六氟化鈾中生產(chǎn)，其儲(chǔ)量是比較充足的。其次，目前放射性廢物管理對(duì)環(huán)境的影響有所降低。放射性廢物需要昂貴的儲(chǔ)存設(shè)施，以確保其與環(huán)境隔離足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使其放射性衰減。育成器可以大大縮短乏核燃料所需的封存時(shí)間，減少潛在的危險(xiǎn)。第三，從熱中子反應(yīng)堆的乏核燃料加工中獲得的钚也可以在育成器中進(jìn)行處置。如果把钚作為放射性廢物儲(chǔ)存和最終處置，則需要采取特殊措施以確保安全，因此成本很高。所以，快速反應(yīng)堆的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。

如今，一個(gè)新的市場(chǎng)正在浮現(xiàn)，擁有核技術(shù)的國(guó)家可以提供技術(shù)和高科技設(shè)備。同時(shí)，在“快速”技術(shù)競(jìng)賽中，先發(fā)國(guó)家有可能被中國(guó)或印度等發(fā)展中國(guó)家淘汰。因此，在核電產(chǎn)業(yè)方面，必須加快這方面的發(fā)展。現(xiàn)在的原子能是在冷戰(zhàn)時(shí)期創(chuàng)造的，當(dāng)時(shí)核的能在生產(chǎn)能源的同時(shí)，主要任務(wù)是生產(chǎn)和積累核原料。這就是現(xiàn)有的基于鈾钚循環(huán)的核電站誕生的主要原因。其他一切，如放射性廢物和乏燃料的處理、儲(chǔ)存、核電站的退役、核材料擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)以及其他環(huán)境問(wèn)題都是次要的。

我們應(yīng)該相信核電站是安全可靠的。在過(guò)去20年里，全世界新建核設(shè)施的數(shù)量有所下降，原因包括公眾對(duì)建設(shè)新的核電站的抵觸情緒，以及裝機(jī)容量過(guò)剩的情況，主要原因是電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和許多現(xiàn)有核設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性能低下。同時(shí)，東南亞、中東、非洲的許多發(fā)展中國(guó)家對(duì)發(fā)展核能態(tài)度猶豫。核能能否發(fā)展壯大，最終將取決于這些國(guó)家面臨的具體問(wèn)題。事實(shí)上，沒(méi)有任何一種能源或產(chǎn)業(yè)能像核能一樣發(fā)展得如此迅速。1954年的世界上第一座5兆瓦的核電站投入使用，截至1980年1月1日，世界上約有80座容量為15000兆瓦的核電站獲得批準(zhǔn)。

20世紀(jì)70年代初，由于電力需求的增長(zhǎng)和1973-1974年石油輸出國(guó)組織(OPEC)國(guó)家實(shí)行的石油禁運(yùn)引起的全球能源危機(jī)，導(dǎo)致能源價(jià)格上漲，進(jìn)一步推動(dòng)了全世界核電的發(fā)展。同時(shí)促進(jìn)了公眾對(duì)核電的認(rèn)識(shí)。

我們堅(jiān)信，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，核能將是重要的替代能源。因此，直到1980年代中期，核能一直被認(rèn)為是最有希望的能源，是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的最佳舉措。在短短的20年里(從1960年代中期到1980年代中期)，核電站生產(chǎn)的電力在全球所占的比例從幾乎為0增加到17%，在一些國(guó)家，這一比例甚至更高(法國(guó)約為80%)。

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