硬核科普核能想说爱你不容易

　　4月13日，日本政府决定向海洋排放核废水，以处理核泄漏事故。此消息一出，引起世界各国的抗议，使得核能的开发利用再次被推上风口浪尖。
　　随着人类社会的高度发展，人们对电能的需求越来越高。电能的是一种清洁能源，可以通过风力、火力、水力、太阳能、核能等方式获得，与其他获能方式相比，核能是比较优秀的清洁能源，但关键在于如何合理地利用。今天我们就来聊一聊核能是如何被利用的。
　　一、核能的原理
　　1.E=mc²
　　1905年6月爱因斯坦在他发表的论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》中提出了质能方程，即E=mc²。从方程式中我们可以看出能量（E）等于质量（m）与光速（c）平方的乘积，也就是说质量是可以转换成为能量的。这个公式的提出为核能的利用奠定了理论基础。
　　2.核裂变
　　物质可以转化成能量，而需要什么样的物质，通过什么方式释放能量呢。目前发现的自然界中存在比较重而易发生核裂变的元素只有铀235（235U）。在核反应堆中，通过点燃铍9（9Be）和锎252（252Cf）等核燃料释放中子，再由中子撞击铀235（235U）原子从而发生核裂变，被撞击的铀235（235U）原子裂变成为2个核裂变生成物，同时释放大量的能量。铀235（235U）原子裂变也会产生中子，中子再撞击其他铀235（235U）发生次级核裂变，而次级核裂变释放的中子又会引起下一级核裂变，这样不断的继续，就形成了所谓的＂链式反应＂。
　　核裂变发生时，生成物与中子的质量之和略微小原来铀235（235U）原子核的质量，减少了的质量转化为热能释放出来。1克铀燃料发生核裂变产生的热量能使得10吨的20℃的水沸腾，从这个数据我们可以看出核能的潜力是多么巨大。
　　二、核能的优点
　　1.核能发电过程中二氧化硫和二氧化氮零排放，不会造成温室效应和空气污染。
　　2.核发电原料铀作用单一。
　　3.核燃料铀能量密度高，运输与储存都很方便。
　　4.发电成本低，发电稳定，不易受国际形势的影响。
　　三、核能的缺点
　　1.核废料有放射性，处理周期长
　　当核燃料中的铀235消耗到只剩1%后，核燃料变为乏燃料，经过化学处理回收，使其变为高水平放射性物质。其中的钚239半衰期为2.4万年，铯137半衰期为30年，总的来说需要10万年左右，才能使高水平放射性物质衰减到较低水平。一旦泄露很难处理，且对周边环境造成较大影响。
　　2.核能发电效率低
　　火电厂热能发电过程：燃料→加热水→高温高压蒸汽推动蒸汽轮机→发电，核电厂核能发电过程：核裂变→加热一回路水→加热二回路水→高温高压蒸汽推动蒸汽轮机→发电。从这两种发电过程不难看出，它们发电的原理大致相同，但由于核能的特殊性，发电过程比较复杂，需要考虑到放射性的问题，需要建立两个回路，即通过蒸汽发生器将具有放射性的一回路的水热量传导到没有放射性的二回路水，这个环节水的温度和压力出现不同程度减少，最后导致发电效率较低（火力为40%，核能为30%）。
　　3.核电厂投资成本大，风险较高，如发生战争，地质灾害将是毁灭式打击。
　　4.容易引起政治危机。
　　四、如何确保核电技术的安全
　　1.安全选址
　　从日本福岛核电站核泄漏事件中吸取教训，核电站的选址应考虑到安全因素，避免诸如地震、海啸、山体滑坡等。
　　2.纵深防御
　　核电厂需要确保反应性控制、余热导出、放射性防御等三项基本功能。以我国华龙一号为例，它采用五个层次的防御（如上图）。
　　3. 三道屏障
　　放射性物质的防御必须放在首位，在存储和转运方面尤为重要，因此需要设三道屏障。
　　第一道，利用具有耐腐蚀性和耐高温的锆合金制成包壳，将核燃料芯块包住，防止放射性物质外泄。
　　第二道，利用特种不锈钢制成较厚的耐高温、高压、强辐射反应堆压力容器，将核燃料裂变限制在一个密闭空间，防止放射性物质外泄。
　　第三道，在核反应堆外建内外两层壳，内外壳都厚1米多，外壳防止外部袭击如飞机撞击、爆炸等，内壳进一步提高抗压能力。
　　从切尔诺贝利核泄漏事故到日本核废物排泄事件，核能的利用依然任重道远，人类该如何更好掌控这项技术来为自身服务，是值得思考的问题！