聚變能源與裂變能源
鈾-235等重原子核裂變時,會產生200多種放射性同位素。雖然大部分同位素半衰期短,可以在很短時間內衰變,但仍有一些,主要是錒系元素的半衰期長,會對人類造成幾百萬年的危害。除了放射性外,裂變堆的核燃料及裂變產物如钚等,還有很強的化學毒性。我們說裂變堆很清潔,是由于它層層設防,對放射性物質采取了嚴格的隔離措施。而氘、氚等聚變反應中產生的氦,是沒有放射性的。如果我們不在聚變堆中加入鈾、釷等裂變材料,那么聚變堆產生的放射性廢物,主要是泄漏的氚,以及聚變時釋放的中子、質子,引起聚變堆結構材料活化而生成的。聚變堆產生的放射性,比裂變堆少得多。聚變堆由于活化產生的放射性廢物主要是固體。而裂變堆產生的放射性廢物,加上裂變堆核燃料后處理過程中生成的廢物,不少是氣體和液體。氣體或液體放射性廢物的處理,比固體困難些。
裂變堆如果冷卻劑的循環(huán)遭到破壞,即使反應堆停堆,由于放射性衰變的余熱得不到冷卻,堆芯溫度還會上升,使燃料元件燒毀,造成放射性物質外逸。美國三里島核電站的事故,就是這么造成的。聚變堆沒有余熱,即使冷卻劑喪失,也不可能出現(xiàn)三里島那樣的事故。
在可以預見的地球上人類生存的時間內,水中的氘,足以滿足人類未來上千億年對能源的需要。因此地球上的聚變燃料,對于滿足未來的需要來說,是無限豐富的;聚變能源的開發(fā),將“一勞永逸”地解決人類的能源需要。
在地球上的自然條件下由于原子核之間的靜電斥力,以及地球上的引力太小,在地球上的自然條件下無法實現(xiàn)聚變。因而在地球上可以實現(xiàn)裂變鏈式反應,但是只能在人工的條件下實現(xiàn)。目前主要有磁約束、慣性約束和μ介子催化等途徑可以實現(xiàn)聚變。經過半個多世紀的努力,雖然有些途徑已顯示出勝利的曙光,但要發(fā)展到實用階段,還有一段艱難的道路。
受控聚變的研究之所以如此艱難,一個根本的原因,是由于所有原子核都帶正電。核力是一種短程力。2個帶正電的原子核互相接近時,它們之間的靜電斥力也越來越大。只有當它們之間互相接近的距離達到大約萬億分之三毫米時,核力才能起作用。這時由于核力大于靜電斥力,2個原子核才能聚合到一起,放出巨大的能量。由于2個原子核聚合前首先要克服強大的靜電斥力,所以在地球上現(xiàn)有的條件下,很難發(fā)生聚變。為了實現(xiàn)鈾-235、钚-239等的裂變,不需要入射中子及靶原子核具有任何動能;而為了使2個原子核聚變,首先必須使兩個原子核的一方或雙方有足夠的能量,去克服彼此之間的靜電斥力。這就是全部癥結之所在。
聚變能量
等離子體
|