核能发展史

-1-核能发展历史-2-核能基本知识什么是核能-3--4--5--6-原子弹和氢弹是怎么回事-7-.起爆瞬间E=mc**2-8-世界核能的发展历史-9-核能是20世纪人类的一项伟大发现，并已取得了十分重要的成果。1942年12月2日，著名科学家费米领导几十位科学家，在美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆，标志着人类从此进入了核能时代。在这以前人类利用的能源，只涉及到物理变化和化学变化，当核能进入人们的生产和生活后，一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。第一座反应堆首次启动时，功率仅为0.5瓦。60年后，核能已占全世界总能耗的6％。国际原子能机构公布，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2.574万亿千瓦小时，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%。-10-当前，世界上的主要能源是煤、石油、天然气这些化石燃料，化石燃料不是可再生能源，用掉一点儿就少一点儿。燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室气体”二氧化碳、形成酸雨的二氧化硫和氮氧化物，并排放大量的烟尘，这些有害的物质对环境造成了严重的破坏。核能不产生这些有害物质。1987年，世界卫生组织总干事布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出了“可持续发展”的概念，就是“既满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需求的发展。”为了实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。目前，惟一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源，就是核能。-11-核能分为核裂变能和核聚变能两种。核裂变能是通过一些重原子核发生“链式裂变反应”释放出的能量，核聚变能是由两个轻原子核结合在一起释放出的能量。迄今达到工业应用规模的核能只有核裂变能。核聚变又叫“热核反应”。氢的同位素氘（重氢，质量数为2）是主要的核聚变材料。氘以重水的形式存在于海水中。氘的量占氢的0.015%。1升海水中的氘通过核聚变释放出的能量相当于300升汽油燃烧释放出的能量。全世界海水中所含的氘通过核聚变释放的聚变能，可供人类在很高的消费水平下使用50亿年。2002年12月2日，我国一代受控核聚变研究装置———核工业西南物理研究院的中国环流器二号A装置建成并举行开机仪式，为我国进一步参与核聚变研究的国际合作创造了条件。-12-核能问世的准备时期，可以追溯到19世纪末至20世纪初。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。1902年，她经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。1905年，爱因斯坦提出质能转换公式E＝m*c^2（c为光速，E为能量，m为转换成能量的质量）。1914年，英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。1932年，英国物理学家查得威克发现了中子。1938年，德国科学家奥托·哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象。有些元素可以自发地放出射线，这些元素叫做放射性元素。放射性元素可以放出3种看不见的射线。一种是α射线，就是氦原子核。一种是β射线，就是高速电子。一种是γ射线，就是高能光线。其中γ射线的穿透能力最强。当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子而分裂成两个较轻的原子核，同时发生质能转换，放出很大的能量，并产生两个或3个中子，这就是举世闻名的核裂变反应。-13-在一定的条件下，新产生的中子会继续引起更多的铀原子核裂变，这样一代代传下去，像链条一样环环相扣，所以科学家将其命名为链式裂变反应。1946年，在法国居里实验室工作的我国科学家钱三强、何泽慧夫妇发现了铀原子核的“三裂变”、“四裂变”现象。链式裂变反应释放出巨大的核能，1千克铀235裂变释放出的能量，相当于2500吨标准煤燃烧产生的能量。只有铀233、铀235和钚239这3种核素可以由能量为0.025电子伏的热中子引起核裂变。它们都是核燃料，其中只有铀235是天然存在的，而铀233、钚239是在反应堆中人工生产出来的。铀235在天然铀中的含量仅为0.7%。反应堆是通过受控的链式裂变反应将核能缓慢地释放出来的装置，是和平利用核能的最主要的设施。-14-反应堆的种类繁多，一般是根据用途分为动力堆、生产堆和研究堆。动力堆是利用核裂变释放的能量来产生动力，进行发电、供热、推动船舰等。生产堆是利用中子生产新的核燃料。研究堆是利用中子进行基础科学和应用科学的研究。为了实现核能的进一步发展，当前世界许多国家的核科学家正在研究与发展先进的核反应堆，进一步提高反应堆的安全性和经济性。我国“863”计划正在研发两种先进反应堆。一种是由清华大学核能技术设计研究院承担的10兆瓦高温气冷实验堆。高温气冷堆具有安全性好（不会对厂外公众造成危害）、发电效率高（蒸汽发电效率38～40%，氦气透平发电45～47%）、用途广（可进行煤的气化和液化、制氢等）的优点。该反应堆已于2003年1月29日达到满功率并网发电。另一种是由中国原子能科学研究院承担的中国实验快堆。快中子反应堆的主要优点是可大大提高铀资源的利用率，从目前轻水堆的1%左右提高到60～70%。该反应堆正在建造，其主厂房已于2002年8月15日封顶。-15-中国核能发展的历史-16-内战时期1945年美国在日本显示其原子弹的威力以后不久，当时中国政府的兵工署长便在中美联合参谋本部看到美国关于原子弹发展过程的机密文件。美方的参谋长问他“你们要不要派人到美国学习制造原子弹？”中国政府立即作出了响应，秘密筹划。为了规划和推进中国的原子计划，他们找到了西南联大教授华罗庚和吴大猷。他们筹建科研机构，遴选人才，其中有李政道、朱光亚和唐敖庆等。但这批科学家到了美国之后，并未能进入有关原子弹的研究机构，只得分别到合适的大学里去进修。为了到美国洽购科研设备，当时的中国政府曾批文意图拨款，但由于蒋介石发动内战，这笔款成了泡影。只有中国著名的原子物理学家、中央大学（即今东南大学）物理系主任赵忠尧于1946年6月赴美期间，接到当时中国驻美使馆的通知：国内汇来12万美金，委托他购买原子研究的设备。他通过秘密关系，在美订购了电子静电加速器，并将之拆作零件，历经波折，于1950年运回中国，成为新中国原子科研初始的重要设备。-17-中国科学院成立原子能为尽快结束第二次世界大战，争取和平，作出了历史性的贡献。第二次世界大战后，无论是战争力量还是和平力量都将目光集中到了当代科学技术的这一伟大成就上。为了遏止核讹诈政策，世界和平人士也希望新中国掌握核武器。1951年10月，著名的国际和平战士、法国杰出的科学家约里奥•居里，约见中国的回国科学家，要他转告中国领导人：你们要反对原子弹，你们必须要有原子弹。原子弹也不是那么可怕的。约里奥•居里夫人还将亲手制作的10克含微量镭盐的标准源送给回中国的科学家，作为对中国人民开展核科学研究的一种支持。新中国成立前，原子核科学高级研究人员，只有10人左右，且分散在各地。至于设备器材更是少得可怜。与此同时，我国地质部门，关于寻找核资源，即铀矿勘探工作也在加紧进行。-18-国家的重视核科研工作的起步，铀资源的发现和初探，国家基础工业的发展，在客观上创造了基本条件，形势的发展，需要国家创建核工业。中共中央把这项工作提到了重要议事日程。1955年1月14日，周恩来总理同著名地质学家李四光和核物理学家钱三强谈话，详细地询问了我国核科学研究人员、设备和铀矿地质资源的情况，还认真、细致地了解了反应堆、原子弹的原理和发展核能技术所需要的条件。第二天，即15日，毛泽东主席在中南海主持召开了中共中央书记处扩大会议，在听完汇报后，他十分高兴地向到会的人说：“现在到时候了，该抓了。只要排上日程，认真抓一下，一定可以搞起来。”这是一次对中国核工业具有重大历史意义的会议。它作出了中国要发展核工业的战略决策，标志着中国核工业建设的开始。周恩来要求中国科学院组织在北京的有关科学家和教授，宣讲原子能的科普知识，首先要向中央和各部委的领导干部宣传，造成一个全国人民关心原子能事业的气氛。1956年上半年，在周恩来直接领导下制定的中国1956～1967年科学技术发展远景规划，把原子能工作列为规划的第一项重点任务。中共第八次全国代表大会通过的关于发展国民经济的第二个五年计划的建议，也把发展原子能事业作为经济建设的一项重要任务。-19-成立第二机械工业部1956年7月28日，周恩来向毛泽东、党中央报告，建议成立原子能事业部。1958年改称第二机械工业部，1982年又改名为核工业部。原子能事业作为中央的一项伟大战略决策，得到举国上下的拥护，也得到了世界人民的支持。中国奉行的是“自力更生为主，争取外援为辅”的方针。中国发展核工业的初创时期，曾争取前苏联的技术援助。当时，与国际上所循的通常路线一样，首先用于军事目的。1957年10月15日，中苏两国政府在莫斯科签订了关于国防新技术的协定。协定规定，为援助中国研制原子弹，苏联将向中国提供原子弹的教学模型和图纸资料。根据中苏协定，苏联援建研究性重水反应堆和回旋加速器。1958年6月13日，反应堆达到临界。7月1日，人民日报发表了消息，同时宣布中国科学院物理所改名为中国科学院原子能研究所。到1960年上半年，该所发展到4300多人，22个研究技术单位，22个学科，60个学科分支，成为我国第一个比较完整的、综合性的核科学技术研究基地。-20-弯路与困难但是，创业之时，也走了弯路。在1958年全国“大跃进”的气氛中，二机部也先后提出了“全民办铀矿”、“大家办原子能科学”的口号，这带有很大的盲目性，不切合实际，违背了客观规律，因而导致指标过高，要求过急，布点过多，战线过长，造成了损失和浪费。苏联的技术援助，对中国核工业建设的起步起了重要作用。但是，这种援助，从一开始就是有限的。最主要的是尽量不提供军事应用方面的援助。随着中苏两党出现政治分歧，并进而扩大到国家关系的恶化，这种局部限制就演变为全面断绝援助。1959年6月20日苏共中央致中共中央信。信中以当时苏联与美国、英国等国家正在谈判禁止试验核武器的协议，苏美首脑即将在戴维营举行会谈为理由，提出暂缓按协定向中国提供原子弹的教学模型和图纸资料，两年以后看形势发展再说。后来关系进一步恶化，1960年7月16日，苏联政府照会中国政府，他们决定撤走全部在华苏联专家。到8月23日，在中国核工业系统工作的233名苏联专家，全部撤走回国。自力更生这时，根据中央的决策，二机部提出了核工业在新形势下的总任务是：3年突破，5年掌握，8年适当储备。具体要求是，争取在5年内（1960～1964年）自力更生制成原子弹，并进行爆炸试验；在8年内有一定数量的储备。核工业的建设和发展，是一个国家技术经济实力的一种反映，是建立在全国的技术经济基础之上的，因而也必须依靠全国的协作。中央于1961年7月16日作出了《关于加强原子能工业建设若干问题的决定》。-21-周恩来领导中央专门委员会1962年为加强领导，组织实施，决定在中共中央直接领导下，成立一个15人专门委员会。由国务院及中央军委有关部门负责人参加，周恩来任主任。中央专门委员会是一个权力机构，任务是加强对原子能工作的领导。委员会下设办公室，作为日常办事机构，附设在国务院国防工业办公室，这是核工业建设和核武器研制的总指挥部。中央专门委员会其余14位成员中，7位副总理，7位部长级干部都是国家政府、军队、工交、财贸、科研、文教卫生各方面的负责人。他们参加中央专委，就可根据专委要求，动员各方面的力量参加原子能工作，从而保证规划的实施。核工业建设和核武器研制攻关，是一项系统工程，它包括了核工业的地质勘探、矿山开采、工业生产、武器研制、科学研究、设备制造、工程建设、运输通信、安防卫生等各个子系统。每个子系统又都按照1964年底实现第一颗原子弹爆炸试验这个总目标，把各项任务进行分解，分层次落实到各部门、各单位。在中央专门委员会的领导下，全国先后有26个部（院），20个省、市、自治区（包括900多家