2022年

是世界上第一座人工核反應堆

誕生80周年

星球研究所特別制作此文

希望能夠解答你關于核能的疑問

自人類誕生以來

我們便從未停止過對能源的探索

煤炭、石油、天然氣、太陽能、風能

歸根結底

人類所利用的能源

幾乎都來自太陽

（日出下的海上風電場，拍攝于遼寧大連海王九島，攝影師@NoOne曉東）

▼

然而有一種例外

它是人類真正獨立掌握的

生產(chǎn)能源的偉大技術

它如此偉大

甚至可以創(chuàng)造出太陽本身

它就是

核能

（受控核聚變裝置，可以產(chǎn)生與太陽內(nèi)部一樣的核聚變反應，也被稱為“人造太陽”，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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有人追捧它

為它奔走呼號

有人恐懼它

幾乎談之色變

放眼整個能源史

沒有什么能源可以比它更高效

但似乎也沒有什么能源可以比它更“危險”

  （2010年4月24日，據(jù)媒體報道，在德國布羅克多夫核電站附近的一次“反核”游行中，總計有12萬人參加，排成的隊伍足足有120公里長，圖片來源@人民視覺）

▼

實際上

大多數(shù)人也并不了解它

片面的認知

造就了如今這般矛盾的現(xiàn)實

那么

核能的真面目到底是什么？

為了利用這種能量

我們都經(jīng)歷了什么？

 01 

初識

1945年

伴隨著一陣驚天巨響

萬米高的蘑菇云騰空而起

日本廣島頃刻間淪為火海

人類首顆在實戰(zhàn)中使用的原子彈引爆

核能

第一次向世人展示了它無與倫比的威力

（原子彈轟炸廣島，升起巨大的蘑菇云，圖片來源@Wikimedia Commons）

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這顆原子彈釋放的能量

相當于一次里氏6級的地震

距爆炸中心7公里內(nèi)的建筑被嚴重損毀

傷亡人員比例高達53%

但其中

只有不到1千克的燃料進行了反應

這種特殊的燃料

叫做“鈾”

（鈾元素及鈾礦石，圖片來源@視覺中國，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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從地球誕生之初起

鈾就已經(jīng)形成了

它與多種元素結合形成的礦物

往往呈現(xiàn)出絢麗的色彩

因此甚至一度被用作染色劑

用來制作精美的器皿

（19世紀的鈾玻璃制品，圖片來源@視覺中國，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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 然而

在美麗的外表之下

還有另一種看不見的“色彩”

直到1896年才被人類發(fā)現(xiàn)

 作為自然界中最重的元素

鈾原子并不穩(wěn)定

它的原子核會自動蛻變成另一種

質(zhì)量更小、更穩(wěn)定的原子核

這個過程被稱為“衰變”

衰變會釋放出熱量以及各種射線

因此這種特性也被稱為“放射性”

相比于釋放射線

通過衰變實現(xiàn)不同元素間的轉(zhuǎn)化

對渴望“點石成金”的人類來說

顯然更具吸引力

然而

原子數(shù)目衰減一半所花費的時間

即所謂的“半衰期”

動輒長達數(shù)億年

只靠天然的衰變實現(xiàn)大規(guī)模的“點石成金”

仍是一個不切實際的夢想

（鈾235衰變及部分元素半衰期，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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人們必須想方設法尋找其他途徑

完成原子的改造

最常用的是

利用組成原子核的一種微小粒子

中子

作為“炮彈”轟擊原子核

令其分裂成兩個新核

實現(xiàn)“裂變”

更重要的是

它還給我們帶來了一個意外的“驚喜”

裂變后原子核質(zhì)量減少

正如愛因斯坦的質(zhì)能方程所揭示的那樣

這些減少的質(zhì)量直接轉(zhuǎn)換成了能量

（核裂變反應示意圖，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

在這個著名的方程中

由于光速的數(shù)值十分龐大

因此哪怕微小的質(zhì)量變化

也會產(chǎn)生巨大的能量

這無疑是一個振奮人心的發(fā)現(xiàn)

它意味著

如果人們能夠駕馭這種能量

那么只需百余噸核燃料

便可產(chǎn)生滿足北京市一年的用電量

（供北京市全年用電所需的低濃縮鈾與其他燃料對比，此處按北京市2020年全年用電量1140億千瓦時估計，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

這為人類能源的發(fā)展

指明了一個全新的方向

人類終于可以擺脫

燃燒

這種依靠拆裝化學鍵獲得能量的方式

真正觸碰到了原子核本身

進入了用質(zhì)量直接換取能量的

“原子時代”

不僅如此

核能不受天氣和季節(jié)的影響

其釋放過程也不產(chǎn)生任何溫室氣體

更不會排放煙塵污染環(huán)境

可以說是相當理想的清潔能源

（浙江秦山第二核電站，一般也稱秦山二期，攝影師@邵帥/中核集團）

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但是

原子核看不見也摸不著

要馴化它

又談何容易？

 02 

馴化

實際上

早在原子彈誕生之前

人類就率先建造出了

第一座實現(xiàn)可控核裂變反應的裝置

核反應堆

盡管它最初的功率只有0.5瓦

甚至不足以點亮一盞家用電燈

但正是它

開啟了人類掌控核能的新時代

（1946年12月2日，參與建造世界上第一座核反應堆的科學家們慶祝成功的4周年，圖片來源@視覺中國）

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隨后

各式各樣的核反應堆相繼建成

發(fā)電功率也越來越大

第一代核電站

正式登上能源的舞臺

核能

以電力的形式走進了千家萬戶

 （法國希農(nóng)核電站1號機組，建成于1963年，1973年關停，如今已經(jīng)被開發(fā)成了一座博物館；如無特別說明，本文所說的核電站建成時間均指該核電站首臺機組正式并網(wǎng)發(fā)電的時間，圖片來源@視覺中國）

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比如

建成于1954年的世界上第一座核電站

蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站

其發(fā)電功率僅為5000千瓦

只能支撐幾座工廠的運行

美國希平港核電站

將發(fā)電功率提升到了6萬千瓦

大約可以滿足6萬人口的用電需求

加拿大道格拉斯角核電站

發(fā)電功率則高達20萬千瓦

足以為一座小型城市的運轉(zhuǎn)提供全面保障

 （世界核電站分布示意圖，第一代核電站現(xiàn)在基本已永久關停，目前運行中的187座核電站絕大部分都是1970年之后建成的，加上永久關停的103座核電站與建設中的15座核電站，全世界現(xiàn)在一共有305座核電站，制圖@鄭藝/星球研究所）

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作為一種實驗性的技術

第一代核電站種類繁多

但在大多數(shù)情況下

它們都是利用高溫水蒸氣

驅(qū)動汽輪機旋轉(zhuǎn)

進而帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能

與常規(guī)的火電廠相差無幾

但不同的是

火電廠利用煤炭燃燒將水加熱

而在核電站中

則是利用原子核的裂變反應

提供足夠的熱量

（核電與火電發(fā)電原理對比，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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在火電廠中

為了保證煤炭的持續(xù)燃燒

需要充足的空氣和足夠高的溫度

而在核反應堆里

需要的則是一定數(shù)目的中子

人們發(fā)現(xiàn)

有些元素裂變的同時會產(chǎn)生多個中子

從而繼續(xù)引發(fā)其他原子裂變

成為“鏈式反應”

只有這樣的元素才能被用作核燃料

最常用的便是鈾元素的一種

鈾235

（鏈式反應示意圖，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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然而

相比煤炭的燃燒

原子核的“燃燒”則困難重重

一方面

引發(fā)反應的中子數(shù)量

不能太多也不能太少

否則會導致反應太過劇烈甚至爆炸

或太過微弱直至“熄火”

只有當每次有且只有1個中子參與下次裂變時

反應才會穩(wěn)定地進行下去

于是

人們在核反應堆中加入了

控制棒

它由容易吸收中子的材料制成

通過調(diào)節(jié)控制棒的位置

便可以改變核反應堆中的中子數(shù)量

（工作人員正在進行控制棒驅(qū)動機構的安裝，攝影師@賴虔瑜/中國廣核集團）

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另一方面

中子的速度還不能太快

否則很容易與原子核“擦肩而過”

從而降低反應效率

于是

人們又在核反應堆中加入了

慢化劑

利用慢化劑的原子與中子碰撞

便可以實現(xiàn)中子的減速

以增大與原子核反應的機會

（核反應堆內(nèi)部結構示意，其中將核裂變產(chǎn)生的熱量帶出的介質(zhì)稱為冷卻劑，冷卻劑和慢化劑可以為同一種物質(zhì)，比如圖中的水既是慢化劑，也是冷卻劑；另外，并不是所有的核電站都需要慢化劑，需要慢化劑的核反應堆統(tǒng)稱為“熱中子反應堆”，制圖@鄭伯容/星球研究所）

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正是因為比煤炭燃燒更復雜

核電站的建設難度也大大增加

作為核能發(fā)電的先驅(qū)

第一代核電站的成本十分高昂

甚至可以達到火電廠的10倍之多

直到20世紀60年代后期

隨著技術的進步

核電才終于具備了超越火電的經(jīng)濟優(yōu)勢

功率更大、成本更低的

第二代核電站

隆重登場

 （美國圣奧諾弗雷核電站，建成于1967年，其中第一臺機組已于1992年退役，圖片來源@視覺中國）

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經(jīng)歷了第一代核電站的百花齊放

只有少數(shù)幾種類型的核電站

在激烈的市場競爭中脫穎而出

比如

結構簡單、造價低廉的

沸水堆核電站

在這種核電站中

驅(qū)動發(fā)電機的蒸汽

是由流經(jīng)核反應堆的水直接沸騰產(chǎn)生

但這將不可避免地攜帶放射性物質(zhì)

進而污染整個回路

因此必須對所有機組設置防護

（沸水堆核電站原理示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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又如

結構復雜但更安全可靠的

壓水堆核電站

這種核電站

同時擁有兩條水回路

一條流經(jīng)核反應堆

用于提供熱量

一條則流向發(fā)電廠房

用于推動汽輪機旋轉(zhuǎn)

而為了提高

兩條回路間的傳熱效率

流經(jīng)核反應堆的水

被施加了很高的壓力

這讓其中的水流在高溫下

仍然可以保持液體狀態(tài)而不沸騰

“壓水堆”由此得名

（壓水堆核電站原理示意，其中核反應堆所在的一回路又被稱為“核島”，汽輪機等所在的二回路則被稱為“常規(guī)島”，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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這樣一來

相比沸水堆核電站

壓水堆核電站的發(fā)電廠房

能與核反應堆完全分離

進而隔絕放射性物質(zhì)

大大降低了設備檢修的難度

除此之外

根據(jù)慢化劑和冷卻劑的不同

還有重水堆、石墨氣冷堆、石墨沸水堆等等

它們共同構成了現(xiàn)代核電站的大家族

（常見核電站分類圖，該圖只展示了需要使用慢化劑的熱中子反應堆，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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20世紀70年代

接連發(fā)生的兩次石油危機

讓核電的價格優(yōu)勢愈發(fā)明顯

核電站建設從此進入

突飛猛進的黃金年代

在美國

核電裝機總量超過6000萬千瓦

占到了全球的1/3

在日本

核能發(fā)電量在短短十年內(nèi)

就經(jīng)歷了超過11倍的快速增長

在法國

核電占比更是從第一次石油危機前的8%

一路飆升到了近50%

（上文提到的美國為1983年的數(shù)據(jù)，日本和法國均為1973年到1983年間的數(shù)據(jù)；下圖為法國東部的卡特農(nóng)核電站，其中冒白氣的是核電站的冷卻塔，地處內(nèi)陸的核電站因缺少冷源，所以需要建造冷卻塔，而沿海核電站可以靠海水冷卻，因此通常沒有冷卻塔，圖片來源@視覺中國）

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大量核電站

如雨后春筍一般冒了出來

核電的春天仿佛就要來了

 但就在這個時候

突如其來的兩次災難

將核電直接拖入嚴冬

原子核

真的被我們馴化了嗎？

 03 

失控

1979年3月28日凌晨

正式運行僅3個月的

美國三哩島核電站2號機組

突然響起了警報

核反應堆的主供水系統(tǒng)意外斷開

本應投入工作的輔助供水系統(tǒng)

卻由于幾天前維修人員錯誤關閉閥門

導致冷卻水無法到達核反應堆

令堆芯溫度急劇上升直至熔毀

（美國三哩島核電站，建成于1974年，發(fā)生事故的為2號機組，相鄰的1號機組一直工作到2019年才退役，圖片來源@Wikimedia Commons）

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這是核電史上

第一次發(fā)生如此嚴重的事故

盡管沒有發(fā)生爆炸

但有約5萬人緊急撤離

讓民眾如此惶恐不安的

正是伴隨核反應產(chǎn)生的各種射線

即“輻射”

它們會對人體的分子結構造成破壞

從而導致器官損傷甚至死亡

由于輻射不能被肉眼所見

因此一開始并沒有被人類重視

開創(chuàng)放射性理論的居里夫人

由于在實驗中長期接觸放射性物質(zhì)

最終因過量輻射導致的惡性貧血癥逝世

（神舟十三號航天員翟志剛、王亞平正在返回天和核心艙，航天員穿著厚重的航天服，可以抵擋來自宇宙的輻射；本文所說的輻射均指電離輻射，圖片來源@中國載人航天）

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作為一個大型輻射源

核電站一旦發(fā)生事故

后果將不堪設想

但好在三哩島核電站

作為一座合格的壓水堆核電站

具備相對完善的安全措施

首先

是從內(nèi)到外的三道實體屏障

第一道屏障

是包裹著核燃料的金屬管

它由耐高溫、耐腐蝕的鋯合金制成

以避免核燃料與冷卻水接觸

導致放射性物質(zhì)外泄

（請左右滑動查看核燃料組件及內(nèi)部結構，左圖攝影師@過東海/中核集團，右圖來源@視覺中國）

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第二道屏障

是包裹著堆芯的壓力容器及管道

如果第一道屏障被突破

放射性物質(zhì)也能被密封在回路當中

（江蘇田灣核電站壓力容器吊裝，攝影師@伍家春/中核集團）

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第三道屏障

是包裹著所有反應裝置的

混凝土安全殼

即使堆芯熔毀

也可以保證放射性物質(zhì)

不會釋放到環(huán)境中

（廣東嶺澳核電站[二期]安全殼穹頂?shù)跹b，攝影師@賴虔瑜/中國廣核集團）

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除此之外

還有自動插入控制棒、快速“剎車”的

緊急停堆系統(tǒng)

自動向堆芯注水、快速降溫的

應急堆芯冷卻系統(tǒng)等

各類安全控制系統(tǒng)

為核電站的安全運行層層設防

（壓水堆核電站三道安全屏障示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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在三哩島核事故中

事故發(fā)生僅8秒后

這些安全措施便逐一啟用

盡管第一道安全屏障被突破

但從中泄漏的放射性物質(zhì)

基本都被鎖定在了

由壓力容器把守的第二道屏障

和安全殼形成的第三道屏障中

因此并沒有對環(huán)境造成太大影響

（如今的三哩島核電站及周邊，圖片來源@視覺中國）

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這次事故最終只是虛驚一場

但彷佛是在為人類敲響警鐘

可人類并沒有重視這次警告

僅僅七年之后

麻痹大意讓危機再一次降臨

這一次

人類沒有幸免

切爾諾貝利核電站

曾是蘇聯(lián)最大的核電站

但在1986年的春天

這個“神話”被無情打破

（切爾諾貝利核電站，拍攝于2015年9月29日，當年事故發(fā)生后人們便用黏土、硼砂和鉛等封閉核反應堆，并在外面搭建金屬和混凝土結構，稱為“石棺”，遠處是正在修建的新“石棺”，圖片來源@人民視覺）

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事故的起因

不過是一次停機檢修期間

進行的普通試驗

由于此前已有多次經(jīng)驗

這次試驗并沒有被嚴肅對待

草草制定的試驗方案

甚至明確要求

斷開部分安全控制系統(tǒng)

而隨后的一系列錯誤操作

再加上核反應堆本身的設計缺陷

讓核電站徹底失控

短短4秒內(nèi)

反應堆功率就暴漲至最大值的100倍

包裹著核燃料的金屬管熔化

冷卻水急劇蒸發(fā)

繼而引發(fā)連續(xù)爆炸

（切爾諾貝利核電站事故現(xiàn)場情景示意，圖片來源@電影《切爾諾貝利》）

▼

更糟糕的是

切爾諾貝利核電站采用的

石墨沸水堆結構

并沒有壓水堆核電站那樣的

第二道和第三道屏障

劇烈的爆炸直接將屋頂炸飛

大量放射性物質(zhì)由此進入大氣

數(shù)十萬人受到過量輻射的影響

曾經(jīng)繁華的城市一夜之間淪為“地獄”

（請橫屏觀看，如今切爾諾貝利核電站周圍荒涼的城市，遠處依稀可見被新“石棺”包裹的核電站，圖片來源@視覺中國）

▼

接連發(fā)生的兩次事故

給核電站打上了危險的標簽

強烈的“恐核”、“反核”情緒

讓核電陷入了舉步維艱的境地

（1954-2020全球核電機組數(shù)量變化，可以看到，在三哩島核事故后，全球核電機組數(shù)量增長速度并未放緩，直到切爾諾貝利核事故后，才明顯降低，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

但放棄核電并不是一件容易的事

例如在核電占比幾乎過半的瑞典

關閉核電站后只能向丹麥購買火電

以彌補巨大的電力空缺

核電

還有出頭之日嗎？

 04 

重生

自切爾諾貝利核事故之后

石墨沸水堆便退出了歷史的舞臺

世界各國都對現(xiàn)有的核電站

進行了全面排查

防護系統(tǒng)也進一步升級

此后二十余年都風平浪靜

直到2011年

一場里氏9級的特大地震

打破了太平洋的平靜

由此引發(fā)的海嘯甚至高達40米

數(shù)萬人因此遇難

（日本3·11地震后被海嘯淹沒的城市，圖片來源@視覺中國）

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受到地震影響的

還有曾經(jīng)全世界最大的核電站

日本福島核電站

在地震和海嘯的雙重打擊下

核電站的所有備用電源全部失效

導致安全防護系統(tǒng)均無法發(fā)揮作用

最終造成堆芯熔毀

放射性物質(zhì)大量泄漏

（事故后的福島第一核電站，附近擺放了大量儲存核廢水的儲水罐，拍攝于2021年4月8日，點擊圖片查看核電站位置，圖片來源@“吉林一號”寬幅01星/長光衛(wèi)星）

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在天災面前

我們真的束手無策嗎？

事實上

早在20世紀90年代

人們就開始發(fā)展

安全性更好、故障率更低

且功率更大、壽命更長的

第三代核電站

專門為極端事件準備了預案

（廣東臺山核電站，其中的1號機組是全球首臺具備商業(yè)運行條件的EPR[歐洲先進壓水堆]三代核電機組，攝影師@周維欣/中國廣核集團）

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比如在每個回路設置獨立的安全系統(tǒng)

采用雙層安全殼作為第三道安全屏障

或者直接采用無需能源驅(qū)動的

“非能動安全系統(tǒng)”

只要利用重力、對流等自然現(xiàn)象

便可以自動冷卻核反應堆

防止堆芯熔化、放射性物質(zhì)外泄

（非能動系統(tǒng)示意，點擊圖片查看斷電后安全系統(tǒng)如何工作，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

2021年1月30日

中國自己的第三代核電機組

“華龍一號”

正式投入商業(yè)運行

我國成為全球第四個

真正掌握第三代核電技術的國家

作為當今核電市場上

接受度最高的三代機型之一

“華龍一號”不僅配備了雙層安全殼

1.3米厚的內(nèi)殼和1.8米厚的外殼

可同時抵御內(nèi)部的爆炸和外部的撞擊

還配備了先進的非能動系統(tǒng)

即使是遇到福島核電站那樣

所有備用電源都失效的極端情況

也可以應對自如

（福建福清核電站5號機組，全球首臺“華龍一號”機組，攝影師@過東海/中核集團）

▼

今天

中國的“華龍一號”

不僅在國內(nèi)大放異彩

同時也走出國門

成為中國制造的新名片

（巴基斯坦卡拉奇核電站，“華龍一號”海外首堆，攝影師@王進杰/中核集團）

▼

而在三十年前

中國第一座自行設計建造的核電站

浙江秦山核電站

剛剛開始并網(wǎng)發(fā)電時

全世界的核電機組數(shù)量

已經(jīng)超過400臺

在沒有任何先例可循的情況下

中國核工業(yè)人

硬是靠著微縮膠片中的技術資料

開拓了中國核電的荒野

（請橫屏觀看，秦山核電基地全景，包括秦山核電站[也稱秦山一期]、秦山第二核電站[也稱秦山二期]、秦山第三核電站[也稱秦山三期]和方家山核電站，點擊圖片查看核電站位置，攝影師@邵帥）

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從幾乎完全依賴進口的

廣東大亞灣核電站

（廣東大亞灣核電站，1993年建成，中國大陸首座百萬千瓦級大型商用核電站，引進法國的核島技術和英國的常規(guī)島技術建造，圖片來源@賴虔瑜/中國廣核集團）

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到首個自主研發(fā)的大型核電站

廣東嶺澳核電站（二期）

（廣東嶺澳核電站[二期]，2010年建成，是我國“十二五”期間唯一開工的核電項目，也是我國第一個全面實現(xiàn)自主設計、建造和運營的百萬千瓦級核電站，攝影師@賴虔瑜/中國廣核集團）

▼

再到首次裝備“華龍一號”的第三代核電站

福建福清核電站

（福建福清核電站及遠處的海上風電場，點擊圖片查看各機組位置，攝影師@過東海/中核集團）

▼

如今

17座核電站

共計52臺機組

在中國大地上組成了

一道特殊的能源“海岸線”

當前發(fā)電總量已經(jīng)高居世界第二

（中國核電站分布示意圖，本地圖僅展示了中國大陸地區(qū)已投入運行的核電機組，制圖@鄭藝/星球研究所）

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但是

這就是終點了嗎？

 05 

未來

今天

如果想要查閱

居里夫人當年的筆記本

你需要穿上專門的防護服

從特制的鉛盒中將其取出

這是因為這些筆記本仍然具有放射性

而這種放射性還將持續(xù)至少1500年

 （居里夫人手稿，圖片來源@Wikimedia Commons，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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這也是核電發(fā)展到今天

依然存在的最大問題

核廢料

它們雖是核燃料使用后的殘余

但仍然具有強烈的放射性

長久以來

我們也只能經(jīng)過復雜的處理后

將其埋入地下

依靠時間的力量消除輻射

（法國工業(yè)地質(zhì)處置中心[Cigeo]內(nèi)的地下隧道，該中心是由法國國家放射性廢物管理機構[Andra]運營的核廢料處置庫，圖片來源@視覺中國）

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盡管第三代核電站

對可能發(fā)生的泄漏

進行了嚴防死守

但如果不能從根本上杜絕事故的發(fā)生

或者減少甚至消除核廢料

核電站的爭議就將永遠持續(xù)下去

于是

這項光榮而艱巨的使命便交到了

第四代核電站手里

2021年12月20日

全球首臺第四代商用核電機組

在中國山東石島灣核電站

實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電

它采用的高溫氣冷堆結構

核泄漏的概率完全為

零

因為這座核電站的燃料

被包覆在特殊材料制成的球體中

即使在高達1600℃的溫度下也不會破損

而這遠遠超過了

核反應堆能夠達到的最高溫度

也就是說

這是一道真正牢不可破的屏障

（高溫氣冷堆球形燃料結構示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

而另一種第四代核電站

快中子反應堆核電站

則從根本上減少了核廢料的產(chǎn)生

它使用的燃料钚239

在裂變時釋放的中子

可以使外圍的鈾238變成钚239本身

也就是說核燃料“越燒越多”

核廢料自然就越來越少

相比傳統(tǒng)的壓水堆核電站

燃料利用率可提高到60%以上

（快中子反應堆“燃燒”過程示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

此外

第四代核電站還有

熔鹽堆、超臨界水冷堆等其他類型

盡管目前大部分尚處于實驗階段

但在不遠的將來

無論是經(jīng)濟性、安全性還是可靠性

它們都將是能源市場上最有力的競爭者

（山東石島灣核電站，是全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站，也是世界上第一座具有第四代核能系統(tǒng)安全特性的核電站，圖片來源@中國華能）

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但這還不是最清潔的能源技術

有另外一種核反應

可以真正實現(xiàn)“零廢料”

它便是讓太陽熊熊燃燒的

核聚變

核聚變是指兩個較輕的原子核

結合成一個較重的原子核

同等質(zhì)量的原子核

通過聚變釋放的能量

是裂變的4倍之多

并且在這個過程中

不會產(chǎn)生任何危險的放射性物質(zhì)

（核聚變反應示意圖，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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但核聚變的實現(xiàn)

比核裂變更加困難

至少要加熱到

100000000℃以上

才可能發(fā)生

而聚變武器氫彈

也只有依賴原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫

才得以引爆

（1967年6月17日，我國第一顆氫彈在新疆羅布泊爆炸試驗成功，工作人員縱情歡呼，攝影師@孟昭瑞/視覺中國）

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而如何約束上億攝氏度的原子核

并將這些能量可控且持續(xù)地釋放出來

則是人類面臨的另一項挑戰(zhàn)

就在2021年的5月28日

中國的受控核聚變實驗裝置

位于合肥的“人造太陽”

全超導托卡馬克（EAST）

首次實現(xiàn)1.2億℃下持續(xù)“燃燒”101秒

一舉打破由韓國保持的世界紀錄

僅僅半年之后

它又將7千萬℃下運行的紀錄提高到了1056秒

盡管核聚變的商業(yè)應用依然遙遠

但這些不斷突破的紀錄也意味著

人類距離核聚變的能源時代

又近了一步

（請左右滑動查看中國的核聚變實驗裝置，左圖為位于合肥的全超導托卡馬克裝置[EAST]，也被稱為“東方超環(huán)”，圖片來源@人民視覺；右圖為位于成都的中國環(huán)流器二號M裝置[HL-2M]，它是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進托卡馬克裝置，攝影師@鄭鐵流/中核集團）

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從蹣跚起步

到大起大落

再到絕處逢生

人類馴化原子核的道路

可謂一波三折

它曾給我們帶來傷痛

也曾給我們帶來欣喜

但在無數(shù)先驅(qū)的努力下

曾經(jīng)“放蕩不羈”的原子核

也越來越接近我們心中的

理想能源

盡管我們不知道

明天還有多少艱難的挑戰(zhàn)

但回看核能

這段不到百年的發(fā)展歷程

我們有理由相信

一個坎坷但注定光明的未來

正如諾貝爾和平獎獲得者

阿爾貝特·施韋澤說過

“我憂心忡忡地看待未來，

但仍滿懷美好的希望?！?/p>

核能亦如此

（工作人員正在進行核燃料更換，攝影師@賴虔瑜/中國廣核集團）

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本文創(chuàng)作團隊

撰文：李鴨梨

編輯：楨公子

設計：羅梓涵 鄭伯容

圖片：秦南

地圖：鄭藝

審校：王昆 陳志浩

封面攝影師：李亮杰/國家電投上海核工院

專家審校

北京師范大學國家安全與應急管理學院 特聘研究員 余雯

特別鳴謝

國資小新 中核集團 中國廣核集團

【參考文獻】

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[2] 朱華. 核電與核能[M]. 浙江大學出版社, 2009.

[3] 葉奇蓁, 李曉明, 俞忠德, 等. 中國電氣工程大典 第6卷 核能發(fā)電工程[M]. 中國電力出版社, 2009.

[4] 莫政宇. 能源動力工程概論[M]. 四川大學出版社, 2015.

[5] (美)查爾斯·D.弗格森. 核能[M]. 陸繼宗譯. 華中科技大學出版社, 2020.