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“核”你在一起——科學(xué)家講述“核”的故事
胡思得，核武器工程專家，中國工程物理研究院研究員。1936年出生于浙江寧波，1958年畢業(yè)于上海復(fù)旦大學(xué)。一直從事并先后參加或主持領(lǐng)導(dǎo)了多項(xiàng)核武器理論研究設(shè)計(jì)工作。在突破原子彈階段、氫彈的研究設(shè)計(jì)和發(fā)展以及核試驗(yàn)的近區(qū)物理測試中做了大量組織領(lǐng)導(dǎo)工作。1995年當(dāng)選為中國工程院院士。
陳念念，核材料與核燃料專家。1941年1月出生于上海，1964年畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系同位素分離專業(yè)。曾任中國核工業(yè)集團(tuán)公司核工業(yè)理化工程研究院院長，現(xiàn)任中國核工業(yè)集團(tuán)公司專家委員會(huì)副主任，核工業(yè)理化工程研究院科技委主任，中國核學(xué)會(huì)常務(wù)理事、研究員。2005年當(dāng)選為中國工程院院士。
“核”看似很遙遠(yuǎn)，卻與我們的生活息息相關(guān)，直接影響著國家穩(wěn)定發(fā)展和人民穩(wěn)步生活。2015年是中國核工業(yè)創(chuàng)建60周年，為了讓更多的社會(huì)公眾關(guān)注核科學(xué)事業(yè)，7月29日，由中核集團(tuán)、中國核學(xué)會(huì)、山西省國防科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，中國核燃料有限公司和中核新能公司承辦的“‘核’你在一起院士報(bào)告會(huì)”在太原南宮劇院舉行。中國工程院院士胡思得、陳念念用歷史的經(jīng)驗(yàn)與故事，向龍城人娓娓道來了關(guān)于“核”的故事。
A 核武器威力究竟有多大
“利用能自持進(jìn)行的原子核裂變或聚變反應(yīng)瞬時(shí)釋放的巨大能量，產(chǎn)生爆炸作用，并具有大規(guī)模毀傷破壞效應(yīng)的武器就是核武器。”胡思得說。據(jù)了解，核武器的威力通常以釋放相同能量的TNT炸藥質(zhì)量來標(biāo)度，稱千噸、萬噸、百萬噸TNT當(dāng)量?，F(xiàn)在世界上大部分戰(zhàn)略核武器型號的威力在幾十萬噸TNT當(dāng)量。核爆炸時(shí)，在很小的空間內(nèi)，在非常短促的時(shí)間里，放出如此巨大的能量，致使彈體及其周圍介質(zhì)形成高溫高壓等離子氣團(tuán)，r和放射性裂變碎片，產(chǎn)生多種毀滅效應(yīng)。
首先就是沖擊波，強(qiáng)大的力量能使房屋倒塌、道路塌裂。大量的光和熱形成輻射，幾乎不受阻礙穿透各種障礙物。還有就是電磁脈沖和輻射的影響。當(dāng)年在美國氫彈實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)氫彈爆炸的一瞬間，相隔幾百里之外的城市全部斷電，這就是電磁脈沖的威力。
由于核武器具有多種殺傷破壞效應(yīng)，又配有多種先進(jìn)的投擲發(fā)射工具，使它成為當(dāng)今世界上對人員和物體殺傷破壞最強(qiáng)的武器。正是因?yàn)樗木薮笸Y(jié)束了二戰(zhàn)的硝煙，二戰(zhàn)之后，全世界瘋狂拉開了制造核武器的序幕。
在20世紀(jì)五六十年代，我國就飽受少數(shù)擁核國家的核威脅?！鞍l(fā)展核武器是為消滅核武器，”胡思得開宗明義，他表示，我國發(fā)展核武器，就是為了打破核訛詐、核威脅，為了避免他國的核威脅，防止核戰(zhàn)爭。新中國成立后，我國仍然受到核武器的威脅，比如，朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)以后，美國五角大樓就一直在研究使用原子武器的可能性?！?953年，美國機(jī)密文件中提到，萬一與前蘇聯(lián)或中國發(fā)生敵對行動(dòng)，美國將把核武器視為可以使用的武器?！?br/>
“在關(guān)系國家命脈的高端科技前，我們沒有退路，必須發(fā)展屬于自己的核武器，中國研制和發(fā)展少量核武器，不是為了威脅別人，而是為了維護(hù)國家的獨(dú)立、主權(quán)和領(lǐng)土完整，保衛(wèi)人民的安定生活?！焙嫉谜f，“在20世紀(jì)60年代，我國在物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)十分薄弱的條件下，較短時(shí)間里實(shí)現(xiàn)了兩彈的突破，走出一條中國特色的發(fā)展道路，實(shí)屬不易?！焙宋淦骷夹g(shù)的突破，使我國在世界高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地，較大幅度地提高了我國的綜合國力和國際地位?？偨Y(jié)兩彈發(fā)展的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)我國科技事業(yè)的騰飛，特別是當(dāng)下集中力量、突出重點(diǎn)發(fā)展高科技，提供了不少有益的啟示。
B 32個(gè)月創(chuàng)造核武器奇跡
從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，美國用了7年零5個(gè)月，前蘇聯(lián)用了4年，英國用了5年零6個(gè)月，法國是8年零6個(gè)月，而中國只用了2年零8個(gè)月，原因何在?
據(jù)胡思得介紹，美國為什么用了這么長時(shí)間，因?yàn)橛邪l(fā)展?fàn)幾h，好多科學(xué)家頗多顧慮，從而耽誤科研過程。前蘇聯(lián)的發(fā)展方向是對的，所以用時(shí)比較短，而法國爆炸原子彈在中國之前，但是走錯(cuò)了氫彈的技術(shù)道路，“直到我國爆炸了氫彈后，戴高樂非常生氣，他把核武器研究的負(fù)責(zé)人叫到辦公室，問為什么中國可以領(lǐng)先法國爆炸氫彈?！?br/>
胡思得說，其實(shí)這其中的原因很簡單。因?yàn)楹宋淦餮兄茖儆诖罂茖W(xué)工程，需要多方面的通力協(xié)作，而中國的科研團(tuán)隊(duì)具有很強(qiáng)的凝聚力。胡思得回憶道，當(dāng)時(shí)，蘇方撕毀協(xié)定，撤走了全部專家，帶走了許多圖紙和資料，我們怎么辦?只能靠自己?！?000多家科研單位通力協(xié)作，高等學(xué)校、工業(yè)部門合作生產(chǎn)高質(zhì)量的測試儀器設(shè)備等，在搜集測試原子彈爆炸數(shù)據(jù)工作中，97%的測試儀器運(yùn)作正常，這些為原子彈的成功發(fā)射立下了汗馬功勞?！?br/>
胡思得認(rèn)為，促進(jìn)科技快速發(fā)展也需要先進(jìn)的哲學(xué)思想作指導(dǎo)。他說，氫彈是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，青年科學(xué)家黃祖洽、于敏、周光召依據(jù)“矛盾論”的思想，先從分析內(nèi)因入手?！八麄儼褮鋸椀恼麄€(gè)燃燒過程分解為多個(gè)不相同而又相互關(guān)聯(lián)、相互依存、此消彼長的若干階段，并搞清楚每一個(gè)階段的主要矛盾如何發(fā)展轉(zhuǎn)化。”
“集體集體集集體，日新日新日日新。”報(bào)告會(huì)尾聲時(shí)，投影儀上顯示出這樣一行文字。胡思得介紹說，1984年，氫彈理論設(shè)計(jì)榮獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，大家公推彭桓武院士名列第一，當(dāng)把領(lǐng)回來的獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)牌給他時(shí)，他堅(jiān)決不收，要放在辦公室，還寫了上述這副對聯(lián)?！八?，在攻關(guān)科研高地時(shí)，集體的力量是偉大的?！?br/>C 核能有巨大的發(fā)展前景
當(dāng)前，中國煤炭消費(fèi)量占據(jù)了全球煤炭消費(fèi)量的一半。2010年的數(shù)據(jù)顯示，全年煤炭消費(fèi)總量為32億噸，其中電力行業(yè)耗煤為17億噸，占比超50%。預(yù)計(jì)2011年，煤炭產(chǎn)量將超過35億噸，在以煤為主的資源型消耗中二氧化碳的排放方面的環(huán)保壓力;資源在西、市場在東的運(yùn)輸壓力等，而太陽能、風(fēng)能、生物能等新能源開發(fā)始終不能突破技術(shù)瓶頸，使用成本過高。在未來很長一段時(shí)間內(nèi)不具備成為主力能源的條件，大家都渴望一個(gè)新型又清潔的能源能夠大面積推廣。
“中國能源發(fā)展就靠兩條：一是清潔煤，二是核能。清潔煤發(fā)展還不成熟，所以就能解決問題的來說，只有核能。從資源稟性、能源利用率上來說，核能發(fā)展前景最大?！标惸钅钫f。
但是隨著核電發(fā)展戰(zhàn)略地位的迅速提升，使核燃料以及核燃料加工設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域需求驟增，供需矛盾非常明顯。陳念念表示，我國核電發(fā)展很麻煩，需要很龐大的系統(tǒng)來保證安全，它不像石油燃燒變成氣，煤炭燃燒變成煤渣，核電的后顧之憂有很多，當(dāng)前我國核燃料產(chǎn)業(yè)整體還處于初級階段，在5個(gè)核大國中生產(chǎn)能力僅占3%~5%。但是能確定核能是現(xiàn)階段我國應(yīng)發(fā)展的較理想的過渡能源，我國已確定了加速發(fā)展核能的能源方針，今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，核電占我國總發(fā)電能力的比例將逐步增加，核電對促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到越來越大的作用。
D 當(dāng)今核能源開發(fā)很安全
日本福島核電站的災(zāi)難性事故令很多人對核電站望而卻步，并且在全球引發(fā)恐慌。除了大規(guī)模爭論核電的安全性之外，更為實(shí)質(zhì)性的舉動(dòng)也在全球擴(kuò)散。2011年5月30日，德國總理默克爾宣布，將在2015~2022年之間關(guān)閉為該國提供約28%電力的18所核電廠，轉(zhuǎn)投再生能源領(lǐng)域。德國工業(yè)制造巨頭西門子公司也響應(yīng)政府的表態(tài)，計(jì)劃退出核工業(yè)領(lǐng)域，核電占比總發(fā)電量超過50%的比利時(shí)也隨后宣布，階段性廢除核電站。
2000年之后，中國核電建設(shè)迎來了政策上的轉(zhuǎn)機(jī)從“適度發(fā)展”變?yōu)椤胺e極推進(jìn)”。2007年11月，國務(wù)院批準(zhǔn)了《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005～2020年)》，并明確提出，“到2020年，中國核電運(yùn)行裝機(jī)容量爭取達(dá)到4000萬千瓦，在建1800萬千瓦”。
其中核電站發(fā)電過程控制也已成熟。陳念念介紹，鈾燃料通過核分裂產(chǎn)生熱量。大的鈾原子分裂成更小的原子，這樣就產(chǎn)生熱量及中子。當(dāng)中子撞擊另外一個(gè)鈾原子時(shí)，再次觸發(fā)分裂，產(chǎn)生更多的中子并一直繼續(xù)下去。這就是核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。而現(xiàn)在的情況是，當(dāng)一堆燃料棒湊在一起時(shí)就會(huì)很快導(dǎo)致過熱，在45分鐘后就會(huì)導(dǎo)致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反應(yīng)堆內(nèi)的燃料棒是絕對不可能導(dǎo)致像原子彈那樣的核爆炸的，制造一顆原子彈實(shí)際上是相當(dāng)困難的。
為了控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，反應(yīng)堆操作員會(huì)用到“控制棒”?？刂瓢艨梢晕罩凶樱瑥亩查g停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一個(gè)核反應(yīng)堆是這樣設(shè)計(jì)的：當(dāng)一切正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不會(huì)用到任何控制棒。冷卻水會(huì)在核心產(chǎn)生熱量的同時(shí)帶走熱量，并且在常規(guī)的250℃的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下還有許多余地。
而挑戰(zhàn)在于將控制棒插入并停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后，核心依然在產(chǎn)生熱量。雖然鈾元素的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)已經(jīng)停止，但是在鈾元素的核裂變過程中會(huì)產(chǎn)生一些具有放射性的副產(chǎn)品，比如銫和碘同位素。這些元素的放射性同位素會(huì)最終衰變?yōu)楦〉脑樱缓笫シ派湫浴Ｔ谶@些元素的衰變過程中，也會(huì)產(chǎn)生熱量。因?yàn)樗鼈儾粫?huì)再從鈾元素中產(chǎn)生，所以它們的數(shù)量會(huì)越來越少，在衰變的過程中，大約幾天時(shí)間內(nèi)，核心就會(huì)最終冷卻下來。
目前讓人頭痛的就是這些余熱，所以操作員們只能退到“縱深防御”中更進(jìn)一層。但是此時(shí)最重要的任務(wù)是控制住核心持續(xù)升溫，并且確保第一層護(hù)罩及第二層護(hù)罩能夠保持完整并盡可能多工作一段時(shí)間，從而讓工程師們能夠有足夠的時(shí)間修好冷卻系統(tǒng)。因?yàn)樽尯诵睦鋮s是那么重要的事情，所以反應(yīng)堆內(nèi)實(shí)際上有多個(gè)冷卻系統(tǒng)。
“現(xiàn)在的奧拓在某些配備方面比40年前的奔馳強(qiáng)。就安全技術(shù)而言，現(xiàn)在的低檔車也都配備了氣囊、ABS等技術(shù)，40年前，再好的車也沒有這些東西，設(shè)計(jì)理念沒到這兒。而且如今我們的技術(shù)更加成熟，核電的發(fā)展已經(jīng)可以放心使用。”陳念念說。
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