核能：我们应该使用它吗？

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更新于: 2021年7月15日 14:08:42 GMT

为什么要使用核能？

与煤炭和天然气等化石燃料相比，核能几乎没有二氧化碳排放。

Image of 100%核能的二氧化碳当量排放与今天的能量混合比较 — 100%核能的二氧化碳当量排放与今天的能量混合比较

除此之外，核能可以在需要时提供稳定的电能。

核能因为少见而关注度高的意外事件而遭致一些反对。面对如气候变化般严峻的挑战，这值得我们谨慎地评估我们的选项。我们不想因为不理性而错失了一些好事！而要如次，我们首先必须了解核能是如何运作的。

我们如何从分裂原子中获得能量？

您是否听过爱因斯坦的 “E = mc²”？这个方程基本上是说质量和能量是同一枚硬币的正反面：我们可以把质量转化成能量 (并返回) ！这就是核电的运作。

原子由质子、中子和电子构成。质子和中子位于原子的中心位置 (称为“核”)。质子带正电，电子带负电，中子不带电。

Image of 氦 — 氦

如果你看过元素周期表，你会知道那里的每个元素都是由它的质子数来定义的。然而，具有相同质子数的同一元素的原子可能有不同数量的中子，这些原子称为该元素的 同位素 。

今天，核能基于核裂变: 某些元素的部分同位素在燃烧中子时分裂。

在核反应炉中，我们现在使用铀-235 (U-235), 拥有92个质子和143个中子的铀同位素。这个同位素之所以被称为铀-235，因为其质子和中子数的总和为235。

当你燃烧铀-235里的某个中子，然后铀-235核分裂时，你会得到：

两个较小的原子
少量中子(最多5个，但平均2.5个；这在每次分裂中都稍微随机)
有些能量 存于热量的形式中。这是我们获得能量的来源！

Image of 分裂铀 — 分裂铀

核弹与核电厂之间有什么区别？

你注意到了吗？一个中子会导致铀-235原子分裂，释放能量和更多中子。这些新的中子可能导致更多的铀-235分裂，而且这一过程不断重复。所以，如果你把大量的铀-235原子挤进一个地方里，你就会得到…

Image of 核链反应 — 核链反应

如果每次分裂会造成两次或两次以上的分裂，所有能量都将很快被释放，这基本上就是核弹的状况。在核能反应堆中，我们希望每次分裂平均造成一个分裂，这使它保持稳定且不变。

Image of 稳定的核链反应 — 稳定的核链反应

快速移动的中子比移动较慢的中子更有可能从铀-235核中反弹而不会分裂。但是，如果中子太慢，反应就会成倍产生。因此，我们必须谨慎让中子速度放慢多少。

Image of 避免爆炸 — 避免爆炸

为了实现所有这种减速，我们添加了一个名为 缓和剂 的材料。当今大部分核反应炉使用水作为其缓和剂，但其他备选办法也正在审议中 (下一章有更多关于这个主题的内容)。

我们如何从这之中获得电力？

还记得每次铀-235原子被分裂时都会释放热能吗？还记得当今的核反应炉把水用作缓和剂吗？

压水反应堆(PWR) 含有两个水回圈。第一种叫做初级回圈，吸收铀-235裂变所产生的热量。

Image of 压水反应堆 — 第一步 — 压水反应堆 — 第一步

然后这些热水会穿过一条管道通达一个独立的水回圈里。

Image of 压水反应堆 — 第二步 — 压水反应堆 — 第二步

通过煮沸次级回圈的水产生的蒸汽，便被用来转动一个涡轮机。这个过程的最后一部分就像在煤厂一样。

Image of 压水反应堆 — 第三步 — 压水反应堆 — 第三步

核能安全吗？

以上所有都是问题。我们尽可能地来看看这些数字。

Image of 核与煤的安全 — 核与煤的安全

2011年的福岛和1986年的切尔诺贝利发生了可怕的事故。然而，与大众所相信的相反，核事故极不可能发生，并且造成的总死亡人数远远少于化石燃料（主要是因为燃烧化石燃料会释放致命的空气污染）。

Image of 不同能量来源的死亡率 — 不同能量来源的死亡率

然而，平心而论，建设核反应炉的专门知识也会帮助各国更好地制造炸弹。

核裂变的另一弊端是放射性废弃物，废弃物大多以两种形式出现：

耗尽的铀-238: 天然铀是由大约99.3%的铀-238和0.7%的铀-235所组成。但我们需要反应堆中的铀棒含有4-5%的铀-235。当制造这种 浓缩燃料 时，我们留下了大量的铀-238。幸运的是，这种废弃物并不危险。
乏燃料和其他放射性废弃物：当浓缩燃料中最初的4-5%的铀-235被用掉一定量后，剩下的材料放射性不足以使它被有效地利用。然而，这放射性仍会在被使用后的持续数十亿年对人类及自然有害。

Image of 来自核能最重要的废物类型 — 来自核能最重要的废物类型

到目前为止，美国有90,000吨用过的燃料（一个20米深的足球场）。虽然我们确实知道如何暂时储存这种废弃物，但我们还没有一个长期的解决办法。在下一章中，我们将讨论如何处理这个问题并从中获得更多的能量！

核很昂贵

Image of 核很昂贵 — 核很昂贵

除了公众对核能安全方面的认识之外，一个不可否认的问题是建造新的核电厂费用昂贵。事实上，今天在西方国家建造新反应堆并不被认为是有利可图的。

结论

核几乎是零碳排且可靠的能源。虽然在西方国家建造新的工厂太昂贵了，在中国和印度这样的国家正在建造 - 这对于气候来说是件好事！

今天的核能有废料的问题。然而，爆炸非常罕见，并且其造成的死亡相对较少，以至于核能事实上是现有最安全的能量形式之一！尽管在西方世界建造新的核电站已经变得不经济了，关闭我们已经建造的反应堆，只是移除了一个安全和接近无碳的煤炭替代方案。

在下一章中，我们将看一下能够帮助解决当今核问题的新想法。