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既能造福社會也能毀滅世界,核能究竟是天使還是魔鬼

2021-09-25由 科學觀世界 發表于 歷史

近日,日本決定將超過120萬噸核廢水排入大海,並稱將核廢水排放入海是他們唯一的解決辦法。此舉引發了周邊國家的強烈不滿,日本這種極其不負責任的做法很有可能導致整個太平洋淪陷,最終波及的是全世界以及全人類。

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福島放射性水排放模擬圖

經過此次事件以及縱觀全世界曾發生過的多起核事故,不少網友又開始對核能的安全性發起了激烈的討論,那麼人類利用核能究竟是好是壞,我們又應該如何看待核能(由於人類還未完全掌握可控核聚變技術,因此這裡暫且只討論核裂變)?

核能的發展

核能也被稱為原子能,主要透過原子核反應從而釋放的能量,1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,將能量於質量兩個獨立的物理量統一在了一起,提出了著名的質能公式

該方程主要用來解釋核反應中的質量虧損和計算高能物理中粒子的能量。由於質量轉變產生的能量等於光速的平方乘以質量,因此即使是很小的質量依舊能夠轉換成巨大的能量。而無論是重子的裂變還是輕子的聚變,都會導致所生成原子核中的平均核子質量減少,也就是核裂變以及核聚變都會使質量會發生虧損,而這部分虧損的質量便轉換成了能量。

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裂變以及聚變

人類建設第一所核電站

當人類發現了原子核中蘊藏的巨大能量後便開始不斷對其進行探索,在1938年,德國科學家奧托·哈恩用中子轟擊鈾原子核,發現了核裂變現象,為人類利用核裂變奠定了基礎。1942年,美國芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆,那個時候,核裂變反應還一直處於試驗階段,而世界上第一座核反應發電站——奧布寧斯克核電站由蘇聯在1954年建設完成並投入執行,從此人類正式進入了利用核能的時代。

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芝加哥一號反應堆

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蘇聯建設了世界上第一座核電站——奧布寧斯克核電站

人類第一次使用核武器

而人類對核能的利用並不拘泥用於發電,1945年,美國利用核裂變技術造出了世界上第一顆原子彈並試驗成功,名為“小玩意”,同年美國向日本投下了兩顆原子彈,分別為“小男孩”和“胖子”。據不完全統計,“小男孩”原子彈共造成了近14萬民眾死亡,“胖子”原子彈共造成七萬多人死亡,在這次戰爭中,全世界都見識到了核武器的威力。

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原子彈在日本廣島爆炸

核能是天使還是魔鬼?

人類對於能源的需求是永無止境的,相比其它能源而言,原子核中所蘊含的巨大能量自然具有極大的吸引力,根據估算,一個硬幣尺寸大小的核燃料經過裂變後所釋放的能量就相當於3桶石油或者一噸煤完全燃燒所釋放的能量。如果是1kg純鈾燃料,釋放的能量相當於2700噸煤完全燃燒所釋放的能量。

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核能與普通能源的能量對比

利用傳統的化石燃料燃燒發電會釋放大量的二氧化碳以及二氧化硫,對空氣造成嚴重的汙染,而核反應由於在一個完全封閉的體系內進行,不會產生任何汙染性氣體,因此核能也被稱為清潔能源。並且從發電理論來說,核電的發電效率會遠大於火力發電效率,所以如果能夠完美的利用核電(這裡單指核裂變),其實是一件利國利民的大好事。

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讓核電站建裝置受爭議的部分主要還是核電站中核廢料的處理。

大多數核電站使用的核燃料是鈾235,鈾燃料棒中的鈾元素會會不斷地發生衰變以及裂變,從而釋放能量,但隨著燃料棒中的鈾235含量逐漸減少,其反應速率也會逐漸減慢,加熱效率降低,而這個時候就需要進行更換核燃料棒。而反應之後的燃料棒中還殘餘著一定量的鈾235,另外鈾235裂變產生的產物中多達兩百多種,其中部分產物依舊具有放射性,例如碘131、銫137、鍶90等,這就導致核廢料(也稱乏燃料)處理非常麻煩,並且成本巨大。

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按照正常操作,剛使用的乏燃料還需要儲存於水池中進行冷卻,以吸收殘餘的熱量,同時降低其輻射性,這個過程一般需要5-10年。

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之後再將核廢料進行固化,形成玻璃體之後再深埋於地下500-1000米處。因此建造用於存放核廢料的倉庫同樣是一個巨大的工程。芬蘭在2004年就在北極圈附近建造了一個規模龐大的核廢料填埋場,深入岩層,總投資261億,能夠達到能夠保證數萬年不會發生洩漏事故。

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該核廢料處理基地挖掘現場

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該填滿現場結構示意,螺旋狀為汽車通入隧道,水平處為放置核燃料空間

正確有效的處理方式必然能夠有效解決核廢料的汙染問題,然而存在一些不負責任以及心存僥倖的國家在處理核廢料時,為了減少麻煩,節約成本,甚至將它們偷偷將丟進大海,根據國際原子能機構(IAEA)資料顯示,在在海洋傾倒核廢料的國際條約於1994年生效之前,西方各國包括美國、法國、德國、英國以及荷蘭等國已經向海洋中傾倒的固體核廢料超過20萬噸,這種行為對海洋生物甚至對人類造成了不可挽回的傷害。

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而日本此次將核廢水倒入海洋中,這種操作同樣是在危害全人類。雖然地震導致福島核電站洩漏屬於天災,但現在這完全屬於“人禍”。核能的發現本該造福人類,正確地使用核能,嚴格遵守約定,必然能夠有效促進人類社會的進步,而這些極端的核能利用完全是在破壞核能的形象。

核能究竟是天使還是魔鬼,我們不能一概而論,因為這取決於使用者對待核能的態度。

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