核能是原子核自然包含的一种能源,可以通过在反应堆中产生核裂变来提取和发电。
最近,在欧盟委员会做出有争议的决定,将核电厂投资标记为“绿色”之后,核能重新成为人们关注的焦点。今天,核能提供了大约10%的世界电力,但在 2011 年日本福岛核灾难之后,关于这种特殊能源的观点不断变化。那么,什么是核能以及支持或反对的最大论据是什么它?
什么是核能?
传统的核电站通过产生蒸汽来发电,然后将蒸汽引导至旋转涡轮机。产生蒸汽的两种最常见的方法是开水或加压水。为了使水沸腾或加压,核电站依赖于称为核裂变的物理过程,在此过程中原子核分裂成两个或多个更小的原子核。每当发生核裂变时,都会释放少量能量并转化为热量,最终使水沸腾并产生蒸汽。这类似于燃烧化石燃料来产生热量并将热量转化为能量。目前,铀是核电站核裂变燃料中最常见的化学元素,因为它的原子很容易分裂。
然而,由于每次裂变都会产生多个原子核,如果这个过程不受控制,原子核的数量会迅速增加。一旦原子核积累到一定程度,在有限的空间内留下过多的热量,反应堆最终会因过热而熔化。因此,核电站需要不断冷却反应堆以防止过热。这样做的方法是将水通过冷凝器推到反应器并带走热量。
此外,如果不幸发生任何技术问题,如冷凝器突然故障,最后的手段是完全停止反应堆的运行。反应堆周围有一些叫做控制棒的东西。它们是由镉或铪等化学元素制成的装置,能够吸收中子,因此可以通过决定将多少棒推入反应堆来控制裂变速率,并在需要时完全停止反应堆的运行.
核能对环境有害吗?
核电的支持者指出,它可以作为应对气候变化的工具。由于核电站不需要燃烧过程来发电,因此核能不会产生直接的温室气体。但是,在工厂建设和铀矿开采过程中,它确实会产生间接温室气体。
考虑到这些因素,政府间气候变化专门委员会(IPCC) 于 2018 年发布的报告称,核电站在一个生命周期内的二氧化碳排放中值相当于 12 千瓦时 (kWh),这使其优于太阳能功率(48kWh)在温室气体排放方面和风力发电一样好。
另一方面,尽管其二氧化碳排放量低,但核电存在特定的环境问题,其中产生的放射性废物是一个明显的问题。即使用于核裂变的铀不再发电,它仍然具有极高的热度和放射性,一旦泄漏,将对生物多样性和人类构成巨大威胁。根据废物的类型,放射性衰变可能需要 1,000 到 10,000 年。地质处置目前被认为是储存放射性废物的最佳选择,这意味着废物储存在地质环境稳定的地下深处。同时,确保核电厂产生的废物得到妥善包装,并通过工程屏障加以保护,以防止它们到达地表环境。
核能安全吗?
关于核能的最大担忧是其安全性。尽管采取了所有详尽的安全措施,包括需要手动操作的受控杆和机器,但它们都容易因疏忽而发生故障。无论可能性多么微小,一次核事故都可能带来数十年甚至一个世纪的灾难性后果和影响,就像俄罗斯切尔诺贝利和日本福岛的灾难一样。人们可能会争辩说这些事故是可以预防的。如果反应堆的设计不是很差,如果员工接受了充分的培训,切尔诺贝利就不会发生,而如果核电站不是在已知发生地震的地方建造,那么福岛就不会发生。事实上,我们可以从我们所犯的错误中吸取教训,并防止同样的事件再次发生,但有些人可能会认为成本仍然太高。
当然,我们显然没有从我们所犯的错误中吸取教训,因为尽管地震威胁增加,日本的九座核反应堆仍在运行。声称“完美”的核电站不会发生事故也是不负责任的,因为其中涉及许多不确定性,从而阻止了“完美”的情况,包括政治家所做的经济和政治考虑。许多采用核能的国家并不是为了创造一个可持续的地球。例如,法国约 70% 的能源来自核电,使其成为最大的核电消费国和生产国,这要归功于戴高乐时代的能源安全政策。 ,旨在实现能源自给自足。
然而,随着对相对未知的化学元素钍的新发现,核电的安全问题可能很快就会得到解决,钍已被证明能够产生核能,但产生的后果比铀小得多。这包括更小规模的放射性和更短的放射性衰变期。专家们一直在尝试建造一个新的反应堆,将钍转化为能源。新反应堆没有使用水作为中间体来产生能量,而是使用盐。它可能比传统核电站更安全,因为燃料盐的沸点约为1,670 K ,因此不会熔化,远高于反应堆在 973K 运行期间的温度。如果这一概念能够实现并用于取代传统反应堆,核电将通过防止因人为疏忽而发生事故而变得更加安全。