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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)了多項核武器理論研究設(shè)計工作。在突破原子彈階段、氫彈的研究設(shè)計和發(fā)展以及核試驗的近區(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)集團公司專家委員會副主任，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，為了讓更多的社會公眾關(guān)注核科學(xué)事業(yè)，7月29日，由中核集團、中國核學(xué)會、山西省國防科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦，中國核燃料有限公司和中核新能公司承辦的“‘核’你在一起院士報告會”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?！焙嫉谜f。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。現(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，在很小的空間內(nèi)，在非常短促的時間里，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，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)年在美國氫彈實驗時，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的武器。正是因為它的巨大威力結(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，美國機密文件中提到，萬一與前蘇聯(lián)或中國發(fā)生敵對行動，美國將把核武器視為可以使用的武器。”
“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，而是為了維護國家的獨立、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，較短時間里實現(xiàn)了兩彈的突破，走出一條中國特色的發(fā)展道路，實屬不易?！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，對21世紀(jì)實現(xiàn)我國科技事業(yè)的騰飛，特別是當(dāng)下集中力量、突出重點發(fā)展高科技，提供了不少有益的啟示。
B 32個月創(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個月，前蘇聯(lián)用了4年，英國用了5年零6個月，法國是8年零6個月，而中國只用了2年零8個月，原因何在?
據(jù)胡思得介紹，美國為什么用了這么長時間，因為有發(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，所以用時比較短，而法國爆炸原子彈在中國之前，但是走錯了氫彈的技術(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，其實這其中的原因很簡單。因為核武器研制屬于大科學(xué)工程，需要多方面的通力協(xié)作，而中國的科研團隊具有很強的凝聚力。胡思得回憶道，當(dāng)時，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€燃燒過程分解為多個不相同而又相互關(guān)聯(lián)、相互依存、此消彼長的若干階段，并搞清楚每一個階段的主要矛盾如何發(fā)展轉(zhuǎn)化?！?br/>
“集體集體集集體，日新日新日日新。”報告會尾聲時，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)計榮獲國家自然科學(xué)獎一等獎，大家公推彭桓武院士名列第一，當(dāng)把領(lǐng)回來的獎?wù)潞酮勁平o他時，他堅決不收，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，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，中國煤炭消費量占據(jù)了全球煤炭消費量的一半。2010年的數(shù)據(jù)顯示，全年煤炭消費總量為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。在未來很長一段時間內(nèi)不具備成為主力能源的條件，大家都渴望一個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，更為實質(zhì)性的舉動也在全球擴散。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，中國核電運行裝機容量爭取達(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)中子撞擊另外一個鈾原子時，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就會很快導(dǎo)致過熱，在45分鐘后就會導(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)堆操作員會用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，從而瞬間停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一個核反應(yīng)堆是這樣設(shè)計的：當(dāng)一切正常運轉(zhuǎn)時，不會用到任何控制棒。冷卻水會在核心產(chǎn)生熱量的同時帶走熱量，并且在常規(guī)的250℃的運轉(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最終衰變?yōu)楦〉脑?，然后失去放射性。在這些元素的衰變過程中，也會產(chǎn)生熱量。因為它們不會再從鈾元素中產(chǎn)生，所以它們的數(shù)量會越來越少，在衰變的過程中，大約幾天時間內(nèi)，核心就會最終冷卻下來。
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，并且確保第一層護罩及第二層護罩能夠保持完整并盡可能多工作一段時間，從而讓工程師們能夠有足夠的時間修好冷卻系統(tǒng)。因為讓核心冷卻是那么重要的事情，所以反應(yīng)堆內(nèi)實際上有多個冷卻系統(tǒng)。
“現(xiàn)在的奧拓在某些配備方面比40年前的奔馳強。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?！标惸钅钫f。
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