中国核技术的和平发展之路

2016-05-08 05:11:25


口李鹰翔

核技术包括核能技术和核应用技术。核能技术主要用来建设核电站和发展核动力;核应用技术主要指同位素与辐射技术,应用领域遍及国计民生各个方面。因此,有人形象地把核能技术称为核领域的重工业,而把核应用技术称为核领域的轻工业。

编者按:核能的发现和利用是20 世纪人类科学技术发展的伟大成果。第二次世界大战期间,核能首先被用来制造新式武器,美国在日本广岛、长崎先后投下两颗原子弹,造成前所未有的巨大毁坏和伤亡并加速日本投降,令全世界震惊。从此,核武器与核战争成为世界各国政治家、军事家、战略家普遍关注的问题,核武器也成为世界大国发展战略的重点,成为世界力量平衡的砝码,成为国际政治、外交、军事斗争的工具,成为决定世界战争与和平的重大因素。

然而,核能毕竟不是只为用来发展核武器,更重要的一点,是它为社会生产力发展和人民生活质量改善提供了一种新能源和新技术。半个多世纪以来,核能、核技术广泛应用于发电、医疗、环保、食品安全、辐射育种、辐射加工、舰船动力等各个领域,对中国和世界经济的发展、科学技术进步等起了重要作用。


1958年,毛泽东视察我国第一座实验性重水反应堆模型

核重工业——中国的核电之路

核技术是随着核能的发现和利用而发展起来的新兴高端技术,包括核能技术和核应用技术。核能技术主要就是用来建设核电站和发展核动力,被形容为核领域的重工业。

电能的发现及其广泛应用是第二次工业革命的显著标志。中国第一座发电厂于1882年7月在上海建立。100多年来,我国发电厂始终使用煤炭、石油等化石燃料燃烧释放的能量来发电。这种燃烧释放的能量是一种化学能,它的负面作用是浓烟和煤灰给生态环境带来了污染危害。近年来我国北方许多城市发生严重雾霾,烧煤是其中重要原因之一,欧美一些工业发达国家也曾有过这样的经历。

核能的优越性在于清洁、环保、安全、高效,发电过程中不产生二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等有害气体,也不产生堆积如山的煤灰,而且蕴含能量巨大:如1千克铀-235所产生的能量即相当于2700吨标准煤。以一座百万千瓦火电厂为例,一年烧煤约需300万吨,要6万节火车皮运输,而同样规模的核电厂只需要核燃料30余吨,几辆卡车便可运到。因此,欧美核能先进国家从20世纪50年代下半期开始试验利用核能发电,并在70年代初世界石油危机期间,迅速达到发展高潮。苏联出手最早,1954年6月核电厂开始入网送电;美国发展最快,到2000年有104台核电机组;法国核电份额最大,2000年核发电占全国发电总量的76.4%。目前全世界共有32个国家和地区拥有438台核电机组,年发电占世界总发电量的16%。很明显,核能已经成为替代煤炭的绿色能源的一种世界性选择。

新中国成立后,党和国家领导人十分重视核能、核技术的和平利用。早在1958年我国第一座核反应堆建成后不到两个月的时间内,就成功试制出放射性同位素并开展同位素的应用研究。1970年,当我国潜艇核动力陆上模式堆即将建成投入运行时,周恩来总理曾先后三次提出要在核动力堆基础上搞核电建设。他特别指出:从长远来看,华东地区缺煤少油,要解决华东地区用电问题,要依靠核电。

我国核电起步于20世纪80年代,开始先建了两座核电站:一座是自主研究设计、自主建造运营的31万千瓦原型堆的秦山核电厂,1991年12月15日并网发电,从此结束了中国大陆无核电的历史,被誉为“国之光荣”;另一座是引进国外技术和资金建造的2 台98万千瓦机组的广东大亚湾核电厂,于1994年2月和5月相继投入商业运营。两座核电厂的建设都是成功的,目前都已安全运行20多年,为华东地区和香港地区的经济社会发展、人民生活便利作出了贡献。大亚湾核电厂建设期间,1986年苏联发生了切尔诺贝利核电站事故,为此曾引起香港部分公众的反核风波,经中央领导坚定明确的表态和有关部门的科学解释,同时香港立法局议员还专程赴欧美国家考察后确认核电的安全可靠性,风波很快得到平息。

20世纪90年代下半期,我国启动小批量核电建设共8台机组,其中包括秦山二期、三期工程各2台机组,连云港田湾核电厂和广东岭澳核电厂各2台机组,装机容量共670万千瓦。建设比较顺利,于21世纪初陆续建成发电,安全运行业绩主要指标均高于世界平均水平,没有发生影响环境与公众健康的事件,放射性废物排放总量及工作人员所受辐射剂量也都低于国家规定的限值。

2005年后,我国开始成规模地发展核电,先后陆续开工建设的有秦山第二核电厂3、4号机组,秦山方家山工程,岭澳核电厂3、4号机组,大连红沿河核电厂,福建宁德核电厂,福建福清核电厂,广东阳江核电厂,浙江三门核电厂,山东海阳核电厂,广东台山核电厂,广西防城港核电厂,海南昌江核电厂等。截至2012年底,我国在建核电机组共30台,总装机容量3267万千瓦。我国在建核电机组数占世界45.5%,装机容量占世界49.9%,是目前世界上在建核电规模最大的国家。

2011年3月,日本福岛核事故在世界引起了很大震动。这是一次由于地震和海啸叠加的自然灾害引起的严重核事故。为了防止这类事故在我国发生,我国立即对包括在运、在建核电厂在内的全部核设施,开展了综合安全检查,历时九个多月。检查结果总体结论是:我国核电事业起步较晚,在核电厂设计、建造和运行方面较好地吸收了国际成熟经验,有比较完备的、与国际接轨的核安全法规标准体系,在建设运行实践中贯彻“质量第一、安全第一”的方针,并实施独立、严格的安全评审和监督管理,有较好的核安全文化底蕴,核电运行一直保持良好的安全业绩,迄今未发生过国际核事件分级2级及其以上的运行事件,具有完备的应对设计基准事故的能力,也具有一定的严重事故预防和缓解能力,安全风险处于受控状态,安全是有保障的。

虽然日本福岛核事故对核电发展带来一时的负面影响,但世界绝大多数国家都能理性地对待,面临能源安全和气候变化的双重压力,认为发展核电依然是唯一现实的合理选择。美国、俄罗斯、英国作出了新的核电发展规划,苏丹、沙特阿拉伯、土耳其、阿根廷、哈萨克斯坦、越南等一些新兴国家都在积极筹划发展核电。我国在经过综合安全检查和进一步采取安全保证措施后,国家出台了《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020远景目标》和《核电中长期发展规划(2011—2020)》(调整),坚持安全高效发展核电,目标是到2020年运行核电装机达到5800万千瓦,并且还有装机容量3000万千瓦在建。


被誉为“国之光荣”的秦山核电站

我国核电发展实行对外开放政策,在发展中我国引进了法国、俄罗斯、加拿大、美国的技术,也走出去帮助巴基斯坦建设了恰希玛核电站和阿尔及利亚实验重水反应堆,并帮助培训相关操作技术人员,建设质量和运行情况良好,被誉为“南南合作典范”。2014年8月,由国家能源局和国家核安全局牵头组织专家组,对由中核集团和中国广核集团联合推出的“华龙一号”总体技术方案进行评审。专家组认为,“华龙一号”的成熟性、安全性和经济性可满足三代核电技术要求,其设计技术、设备制造和运行维护技术具有自主知识产权,是目前可以自主出口的核电机型,这就为核电进一步贯彻“走出去”战略,开拓国际核电市场,创造了更好更有利的条件。

我国核电长远发展战略分三步走:第一步,发展热中子堆。目前在运在建的核电反应堆都属于这一类。第二步,发展快中子增殖反应堆(简称快堆)。快堆的最大优点可使铀资源利用率从目前的1%提高到60%左右,还可使长衰变周期核废料产生量得到最大程度的降低,实现放射性废物最小化,造福子孙后代。快堆是世界上第四代先进核能系统的主力堆型,经过多年努力,我国已建成一座实验快堆,并在2011年通过了国家验收。目前正在筹划建设示范快堆。第三步,发展受控核聚变反应堆(简称聚变堆)。热中子堆和快堆都是重原子核裂变反应产生能量,聚变堆则是轻原子核聚变反应产生能量。氢弹的爆炸力就是轻原子核聚变反应产生的能量,但它是不受控的,爆炸式释放能量;如果要用来发电就必须是受控的,技术难度极大,全世界已研究了50多年,估计还要几十年才能建成受控核聚变反应堆,实现发电商业运营。一旦实现,人类的能源问题就可能得到最终解决。我国在这方面也做了多年的研究工作,取得了一定的成果,并在2006年5月参加了国际热核实验堆(ITER)计划。这个计划目标是验证受控聚变反应堆的技术可行性,共有欧盟、中国、美国、法国、俄罗斯、日本、印度、韩国等国参加,是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。


三门核电项目主厂址全景

核轻工业——核应用技术在中国的发展

核应用技术主要指同位素与辐射技术,因为它种类繁多,应用领域十分广阔,遍及工业、农业、医学、水利、环保、食品安全、安检、考古等各个方面,与国计民生息息相关,被称为核领域的轻工业。

世界各国都十分重视核应用技术的应用发展。资料显示,1995年美国同位素与辐射技术产品的应用对美国经济的贡献达到3310亿美元,占美国当年GDP的4.7%,并提供了395万个就业岗位。2000年日本同位素与辐射技术的经济规模为714亿美元,占其GDP总量的1.7%。我国目前从事同位素辐射技术研发与生产的单位约有300多家,从业人员约十万余人,预计年产值可达1000亿元人民币。这些数字显示同位素与辐射技术应用具有宽广的发展空间。

我国同位素与辐射技术的开发应用起步于20世纪50年代末到60年代中期,当时主要工作是建立机构、培训人员、准备条件和开展研究。据不完全统计,这一时期全国共举办各类同位素技术短训班十余期,培训专业人员四五百人;中国科学院、中国农业科学院和医学科学院都建立了专业研究室,有关高校相继开设了核专业课程,一些产业部门也先后开展了同位素与辐射技术的应用研究。1958年,我国生产出了第一批放射性同位素共33种;1963年,中国第一个辐射化学中间试验基地在吉林省动工兴建。“文革”期间,除了同位素生产及其在医学及农业辐射育种方面的应用外,同位素与辐射技术产业基本上处于停滞状态。20世纪70年代下半期,同位素与辐射技术开始复苏并在80年代以后出现发展高峰,在农业、工业、医疗卫生、科学研究等各个领域的应用得到突飞猛进的发展。

核技术在国计民生中的五大应用

以放射性同位素和辐射技术为代表的核技术在国民经济领域的应用,根据其特有的性能可分为以下五类:

第一,利用辐射的易探测性能发展的示踪技术,已经成为科学研究、临床诊断、环境保护、水利监测、土壤施肥、探矿测井、药食品防伪、刑事侦破、考古鉴定等的重要手段。

第二,利用辐射的穿透性能发展出的透视和自动控制技术,已经应用于各种物体的无损探伤、连续生产线的自动检验和控制、港口海关集装箱的在线检查、运动场和大型集会的安全检查,以及火灾自动报警等仪器和工具。

第三,利用辐射的生物效应进行治癌、灭菌杀虫。治癌指的是大家比较熟悉的“放射性治疗(放疗)”,主要有三种方法。一是用同位素钴-60或电子直线加速器对癌瘤进行外照射;二是把放射性同位素制成细针或细粒,埋入体内癌瘤近处或贴在病灶表面进行近照射;三是把放射性同位素制成药物内服进行治疗。灭菌杀虫,目前主要用于食品消毒和医疗用品消毒。食品安全是人类生存的基本保障。随着物质生活水平的不断提高,人们对食品品质、安全的要求也越来越高。辐照加工不仅可以抑制食品变质、延长货架期,还可以使粮食不受虫蛀,洋葱、大蒜等蔬菜不长芽,苹果、芒果等鲜果延缓烂熟期。辐照食品不会产生放射性和有毒物质,也不破坏营养价值,可以安全食用。医疗用品消毒,如对注射器、针头、输液器、手术刀、纱布、绷带等的消毒。相对于常规高温蒸煮和化学试剂消毒方法,辐射消毒具有常温操作、灭菌彻底、能耗极低的优点,尤其适用于羊肠线、外科手套、塑料导管、生物制品等不耐热物质的消毒,效果极好。

第四,利用辐射的化学效应,发展辐射化工。辐射化工是利用辐射引发有机高分子的聚合或交联等反应,或生产新的高分子材料(如合成乳胶、泡沫塑料)、产品(如热收缩电缆附件、热收缩套管),或改善高分子材料的绝缘、耐热、耐腐蚀、阻燃等性能(如电线、电缆的聚乙烯覆盖层、塑料热水管)。辐射交联聚乙烯电线电缆在120℃的高温情况下也可最大限度地避免老化,长久使用,被广泛地应用于飞机、宇宙飞船、汽车、计算机等高精设施、设备中。近年来,研究开发的木塑复合材料,是用劣质木材经过辐射加工替代优质木材,具有很好的经济效益和社会效益,已得到国家的高度重视。2005年,国务院办公厅颁发的《关于加快推进木材节约和代用工作的意见》也特别提到了这项技术,要求加强政策引导,加大技术支持力度,争取尽快形成工业生产规模。

第五,利用辐射的能量制成各种各样放射性同位素电池,又称原子电池。它是把放射性同位素衰变发出的能量转换成热能、电能或光能,特点是不需要阳光照射,不受电磁干扰,可以在失重、强风暴、极低温等恶劣环境下工作,使用寿命长,安全可靠。既可以用于人造卫星、航天飞船、太空探测器,又可以用于灯塔、航标、气象站、极地观察站,还可以用于心脏起搏器,使用期可达十年以上。

上述五类核技术已在我国得到广泛应用,尤其在食品辐照加工、辐射消毒、辐射化工等领域产业化最早,发展最快。随着辐射加工技术的成熟,同位素与辐射技术产业化、工业化的规模越来越大,影响的范围也越来越广,为我国经济社会发展、人民生活质量改善和科学技术进步作出了重要贡献。同位素与辐射技术产业是21世纪的朝阳产业。在新时期创新驱动战略的正确指引下,随着各有关部门和行业的积极推进,相信我国的核技术产业必将有更快更大的发展。■

作者系原核工业部办公厅主任兼新闻发言人

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