另一个选项?核能(1)

艾尔‧高尔

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当世人正在争论如何以无需产生大量温室效应气体的方式发电时,核能这头珍稀的放射性“白象”正立于争论的轴心。

第二次世界大战后的二十五年间,利用受控核裂变产生热能以驱动发电机的想法,引发全球浓厚的兴趣。原子能委员会在60年代末期预测,美国在2000年时将会有一千多座运转中的核电厂。然而,时至今日,完工的核电厂数却是预期中的十分之一。人们一度盼望会提供永不枯竭、低成本电能的核能,在过去三十年内一直处于危机状态。

2003 年(在2009 年更新),麻省理工学院对未来核能的利用进行了广泛的研究,研究结论是:“核能可以是减少碳排放的一项选择。但以目前来看,这是不可能的:因核能正面临停滞和衰退。”

支持核电的一方,其观点非常具有说服力,而且依然令人向往。毕竟一磅铀所含能量与三百万磅的煤所含的能量相当。核电厂的运行安全性提高了,公众对核能的接受度也提升。在许可证的有效期从四十年延长到了六十年左右的情况下,大部分老旧核电厂的预期寿命也延长了。对二氧化碳征税实现之后,与化石燃料发电相比,核电的竞争力将有所提高。

主要是因为美国很大一部分的汽车,将从石油燃料的利用转向电力,对核能而言前景愈来愈有希望,所以核电厂提供了适度减少对进口能源的依赖。美国现有核反应炉的“容量因数”从80 年代的56% 上升到过去七年间的90%。因此在过去十年,美国现有核反应炉的发电量持续上升。

但核电产业在美国处于垂死状态,在全球的增长率更是大幅下降。2008 年没有任何新增计划,全世界核电厂的容量和产量都正在下降。1972 年后敲定的核电厂投资计划在70年代面临急刹车式的停摆,大部分尚在图纸上的反应炉被取消或遭到无限期的搁置。在美国,1972 年后开始筹建的新核电厂没有一家完工。

核电厂是由受控核裂变连锁式反应产生热能。铀是地球中最重的自然元素,由于铀的原子核含有九十二个质子(相较之下,氢原子的原子核只有一个质子),形成原子核的强力作用不强,因此铀的原子核受到中子撞击时更容易分裂。

当铀原子的原子核分裂时,会以热和辐射的形式释放出大量的能量,同时还会释放出两到三个中子,接着这些中子又和附近其他的铀原子的原子核碰撞,不断地释放出热、辐射和更多的中子,这个过程就是著名的连锁式反应。连锁式反应可以通过在反应炉中插入“控制棒”(成分为镉、硼、铟、银、铪),利用吸收部分四射的中子以阻止更多的铀原子分裂之方式加以调节。

使用控制棒,工程师可调节核反应堆芯容器中积聚起来的热能。这些热能用于将水加热至沸腾,以驱动蒸汽发电涡轮机发电。很多反应炉首先将热传导给高压的水,之后又将高压热水所含的热能传导到第二批水,这批水便会转化成不带放射性的水蒸气。

三分之二的美国核电厂以及60% 以上全球核电厂均采上述的设计(称为压水式反应器,pressurized water reactor;PWR)。美国至今仍在使用“沸水”反应器(boilingwater reactor),其他国家的反应炉结构也相去不远,其中包含重水反应炉及气冷式反应炉。@

摘自 《难以回避的抉择:全球气候危机的解决之道》 商周出版社 提供

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