>> 中国民兵 >> 2007年第05期 >> 兵林科海
 

 

 

 
从核能到核武

——民用核技术与军事核技术距离有多远

季开亮 田国庆


  近日,联合国安理会通过有关伊朗核问题的第1747号决议。新决议加大了对伊朗核计划和导弹计划相关领域的制裁,要求伊朗在60天内暂停与铀浓缩相关的活动。伊朗官员在安理会通过这一决议后多次表示,伊朗的核计划完全用于和平目的,伊朗不会寻求对抗,但将继续进行铀浓缩活动。可以说,近一个时期以来,朝核问题、伊朗核危机成为人们街头巷尾议论的热门话题。那么,到底什么是核能,和平利用核能与研发核武器之间有什么关系?核能离核武器有多远呢?

 

  能量巨大:核燃料的能量是煤的10多万倍

  众所周知,世界上一切物质都是由原子构成的,原子又是由原子核与它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂都能释出能量,分别称为核聚变能、核裂变能,简称核能。人类现在掌握的核裂变技术主要靠铀这种重金属材料来实现。天然铀由3种同位素——铀235、铀238和铀234组成,其中铀235是自然界存在的易于发生裂变的唯一核素。

  当一个中子轰击铀235原子核时,这个原子核能分裂成两个较轻的原子核,同时产生2~3个中子和射线,并放出能量。如果新产生的中子又打中另一个铀235原子核,便引起新的裂变。在链式反应中,能量会源源不断地释放出来。1公斤铀235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。建造一个吉瓦级的核电站,一年大约用25吨核燃料,如果要用标准煤来替代,大约要用260万吨。也就是说,同样是一吨燃料,核燃料可以产生的能量大概是标准煤的10多万倍。

  人类在20世纪取得的伟大科技成果之一就是打开了核能利用的大门。19世纪末,英国物理学家汤姆逊发现了电子。1895年,德国物理学家伦琴发现了X射线。1896年,法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。1898年,居里夫人发现新的放射性元素钋。1905年,爱因斯坦在其著名的相对论中列出了质量和能量相互转换的公式:E=mc2,其中,E为能量(erg),m为质量(g),c为光速(厘米/秒)。这一公式表明,少量的质量转换为能量就十分巨大,揭示了核能来源的物理规律。这些都为核能秘密的揭开奠定了重要理论基础。

  1938年,德国物理化学家哈恩和施特拉斯发现了铀235的裂变现象:铀原子核裂变的同时,释放出巨大的能量,这个能量来源于原子核内核子的结合能,它恰好相等于核裂变时的质量亏损。这一发现使核能的利用从理论走向了现实。人类从此揭开了核能的秘密。

  和平利用:核能发电优势多

  1942年,著名科学家费米领导几十位科学家,在美国芝加哥大学建成了世界上第一座核反应堆,首次实现了可控核裂变连锁反应,并应用其试验成果于1945年建成投产了第一座生产核武器级钚的反应堆,标志着人类从此进入了核能时代。1951年,美国利用一座生产钚的反应堆余热试验发电,电功率为200千瓦。1954年,前苏联建成世界上第一座核电站,发电功率为5兆瓦。之后,英国和法国相继建成一批生产钚和发电两用的气冷堆核电站。美国移植利用其核潜艇技术建成了电功率90兆瓦的第一座在水堆核电站。20世纪70年代中期,西方国家进入建造核电站的高潮。那时候,核电站增长的速度远高于火电和水电。

  据国际原子能机构公布的数据称,截至2002年底,全世界共有441台核电机组在运行,2002年共生产电力2.574万亿千瓦,约占当年世界总发电量的17%。其中,核发电量占本国总发电量比例最高的国家是立陶宛,达到80%;其次是法国,达到79%。核电占本国总发电量超过40%的国家还有比利时、保加利亚、斯洛伐克、瑞典、乌克兰和韩国。 

  核能发电是目前世界上和平利用核能最重要的途径。无论从经济还是从环保角度而言,核能发电都具有许多明显的优势。核能是地球上储量最丰富的能源,又是高度浓集的能源。按照地球上有机燃料的储量和人类耗能的情况估算,地球上蕴藏的煤炭资源再过200多年就会耗尽,石油则只够用三四十年。而地球上已探明的核裂变燃料,即铀矿和钍矿资源,按其所含能量计算,相当于有机燃料的20倍。因此,核裂变的利用空间相当之大,从热堆到快堆一直到聚变堆,地球上所蕴藏的裂变燃料可以供人类利用成百上千年。另外,核电是清洁能源,有利于保护环境。有机燃料燃烧后排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体不仅直接危害人体健康和农作物生长,还导致酸雨和大气层的“温室效应”,破坏生态平衡。相比较而言,核电站就没有这些危害。核电站严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计,对放射性“三废”,按照尽力回收储存、不往环境排放的原则,进行严格的回收处理。往环境排放的只是处理回收后残余的一点尾水尾气,数量甚微。

  从核能到核武器:仅有一步之遥

  人们通常所说的核武器,是指利用原子核裂变或聚变所产生的巨大能量和破坏力制造的具有巨大杀伤力的武器,即指利用能自行维持原子核裂变或聚变链式反应瞬间释放的能量产生爆炸作用并具有大规模杀伤破坏效应的武器。

  裂变核武器的基本原理,是使一定量的铀235或钚239从亚临界态向超临界态转变,也就是使核装置产生中子的速度大于中子从核装置逸出的速度。有两种方法可以实现这种转变:一种方法是把核装置分成两部分,而每一部分都小到不足以具有中子正增殖率,然后用炮式设备把两部分击成一块;另一种方法是用烈性化学炸药,包住处于亚临界态的球形核装置,通过引爆将核装置压成超临界态。

  核武器几乎与第二次世界大战相伴而生。哈恩和斯特拉斯曼发现铀原子核裂变现象的第二年,也就是1939年8月,美国著名科学家爱因斯坦写信给罗斯福总统建议研制原子弹。他的建议当即得到美国政府的重视,并很快付诸行动。1942年8月,美国政府正式启动名为“曼哈顿工程”的核弹研制计划,动用了60万名工程技术人员,耗资200亿美元,历时3年努力,终于在二战结束前研制出了“大男孩”、“小男孩”和“胖子”3枚原子弹。1954年3月1日,美国试爆了氢弹。1963年,美国又宣布研制成功了中子弹。迄今为止,核武器已发展了四代,原子弹、氢弹和中子弹分别被称为第一代、第二代和第三代核武器,目前尚在研制中的冲击波弹、电磁脉冲弹等武器属于第四代核武器。而核国家除了中、俄、美、英、法五个“合法”核国家外,还有印度、巴基斯坦等有核国家,而拥有核潜力的国家更是不下几十个。

  在全球面临恐怖主义威胁的今天,和平利用核能、防止核武器扩散的意义十分重大。世界各国政府和人民应克服一切政治障碍,采取切实措施,加强在和平利用核能、防止核武器扩散领域内的合作,防止核武器落入恐怖组织和极端分子手中,避免他们给人类安全带来毁灭性的危害。