打开核宝库

探索微观世界的奥秘

望着茫茫天宇、壮丽山河，从古至今，多少人在思索：世界万物是由什么构成的？它们是怎样组成了这多姿多彩的世界？可以说，这是一个古老而年轻的话题，人们对这一问题的认识，经历了漫长的岁月，至今仍在进行着不懈的探寻。

早在周代，我国古代学者就提出，世界是由金、木、水、火、土五种基本物质构成。这五种基本物质相生、相克，构成了万物的变化。公元前400多年，古希腊学者德漠克利特把构成物质的最小单元称为原子，原子在希腊文中是“不可分割”的意思，认为正是原子和空间，构成了一切事物的本源。

古代学者的这种对物质结构的认识，只是靠思辩而进行的哲学推论，真正对物质构成进行科学的研究和解释，是近两个世纪以来的事情。

18世纪后半期至19世纪中期，科学家通过大量化学、物理实验，对物质构成的认识取得了一系列突破性的进展。先是300年前英国科学家玻意耳提出了化学元素的概念，接着，1808年化学家道尔顿创立了科学原子论，为人类探索物质之谜奠定了重要的理论基础。1869年，俄国著名化学家门捷列夫发现了元素周期规律，制成了元素周期表，并根据元素周期规律预测了未发现的元素的特征，元素周期规律本身的奥妙和门捷列夫的推测，引起了人们的极大兴趣。元素周期律的发现被称为“科学史上的里程碑”，元素周期律成了打开原子构造大门的第一把钥匙。1897年，英国物理学家汤姆逊发现了电子，使人们对原子结构有了进一步的认识，它证明了原子不是不可分的物质最小单位，原子本身也还有它自身的结构。经过一个世纪的努力，从原子论的创立到电子的发现，“原子”这个概念在人们心中终于失去了古希腊文原有的意义。

直到本世纪初，英国科学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔提出原子模型的设想，人们才对原子结构有了比较直观立体的印象：在原子的中央有一个极小的核，核的直径在10—12厘米左右，如果把原子比做一幢大楼的话，原子核只是一粒小黄豆而已。这个核集中了原子的几乎全部的质量，带有正电荷。原子核周围有相当于它所带正电荷数量的电子围绕着它旋转，就像行星绕着太阳转一样。这是一个微小的“太阳系”，“太阳”是原子核，绕着太阳转的“行星”就是电子。那么，原子核和电子又是由什么构成的？它们可分吗？这个问题是当时的原子模型还不能给以解答的。

虽然到现在为止，人类还没有敲碎过电子，而原子核却已经被人们征服了。

提出原子模型后不久，卢瑟福又发现了原子中还有带正电的微粒——质子，而且预言，在原子的内部；还可能存在着一种尚未被发现的不带电的中性微粒，即中子。1932年，卢瑟福的预言被英国的一位科学家查德威克证实了。为了探索自然的奥秘，必须拥有高效能的仪器和设备。随着现代科学技术的发展，人们相继有了被称为“原子粉碎机”的高能加速器，科学家们把粒子用高能加速器加到很高能量时去撞击原子核，原子核破碎了，令人惊异的是，原子核中居然有二三百种微小颗粒！科学家把这些微粒称为“基本粒子”。目前，人们已知道的基本粒子有质子、中子、光子、电子、中微子、超子、介子、胶子等三百多种，而且还在不断地发现中。

基本粒子要比原子小得多，大的也只有原子的十万分之一。原子核把众多的粒子用巨大的核力紧紧聚在它的周围，所以，想破坏原子核是相当困难的。如果能使原子核发生分裂，就可获得巨大的能量，人们正是利用这一点，演出了宏伟壮观的核变奏曲，开创了能源利用的新时代——核能时代。

按照目前近代物理研究的成果，物质的最小构成单元不再是分子、原子、“基本粒子”，也不会是“最基本”的微粒，随着人类对微观世界认识的加深，人们还会发现更“基本”的微粒。尽管微观世界如此难以捉摸，人们对它的认识尺度必定会逐步加深，从而逐步揭开微观世界的奥秘。

放射性的发现

在探索微观世界的道路上，科学家们经过艰辛的不懈的努力，攻克了一个又一个难关，最终敲开了原子的大门。放射性的发现，可以说是奏响了人们跨入原子时代的前奏曲。

1895年11月一个寒冷的夜晚，德国匹茨堡大学的伦琴教授还在实验室里忙碌着。为了弄清阴极射线的性质，几个月来，他投入了极大的热情，夜以继日地工作。这时，他熄了灯，准备再做一次阴极射线实验。

高压电源接通了。忽然，一种奇异的现象映入了他的眼中：距阴极射线管不远的涂着铂氰化钡的屏幕上，不知什么原因竟闪出了一片黄绿色的荧光。

阴极射线管被黑纸板裹着，阴极射线是不会透射出来的，难道从阴极射线管中还能发出另一种射线，它能穿透黑纸板，映射到屏幕上吗？

伦琴试着把手挡在射线管和屏幕之间，屏幕上竟出现了一个吓人的图像——一只手的骨骼的图像！这肯定是一种新的神秘的射线，它能穿透黑纸、肌肉，但被骨骼挡住了。

这一发现使伦琴兴奋不已，他一连几个星期把自己关在实验室里，研究着这种射线的性质。当他发现这种射线还能使底片感光时，便为妻子拍下了一张手部骨骼的照片。

1895年12月28日，伦琴正式向科学界宣布了他的新发现，并在第二年初的一次学术报告会上，用这种射线当场为解剖学家克利克尔拍下了一张手的骨骼照片。伦琴的发现，震惊了世界，各地的学者、专家、新闻记者都千里迢迢地来登门求教。这种射线究竟是什么呢？是光？是带电微粒？当记者问他时，伦琴实事求是地说：“我真的不知道，它好像数学中的未知数X，我只好称它为X射线。”

X射线就这样问世了。17年以后，德国物理学家劳厄证实了X射线是一种电磁波，或者说是一种光。后来，科学家还测出了X光的波长，并把它用于医学、金属探伤、研究物质分子和结晶结构等众多领域。

伦琴发现X射线以后，世界曾掀起一股研究X射线的热潮。当时，不少人认为荧光来源于X射线。为了证实这点，法国物理学家贝克勒尔做了一个有趣的实验：他用一种晶体铀盐作为荧光物质，放在阳光下照射。然后把它拿进暗室，放在用黑纸包好的照相底片上，结果，密封的底片感光了。贝克勒尔认为，荧光中真的含有X射线。为此，他准备重复几次实验，确实验证后，再公布他的实验结果。意想不到的是，天公不做美，一连几天的阴雨天，使贝克勒尔难以完成他的实验。他懊丧地从抽屉里取出样品，把底片冲洗出来以检查纸包是否漏光，然而，一个现象使他大吃一惊：照相底片居然被感光了，而且感光影像正好是铀盐的像。荧光物质没见阳光，不会发出射线，也就是说，底片感光与荧光无关，底片的感光必定另有原因。

经过反复实验，贝克勒尔发现，只要把铀盐和照相底片放在一起，不管在多么黑暗的地方，底片都会感光。贝克勒尔断定，含铀的物质能自发地产生一种射线，这种射线是不同于X射线的新射线，它同样可使底片感光。这是科学界最早发现的放射性现象，铀也是人们发现的第一个放射性元素。

贝克勒尔发现放射性的消息公布以后，立刻引起了一对从事科学研究的年轻夫妇的注意，他们就是人们熟悉而尊敬的居里夫妇。

含铀物质为什么会放出射线？这种射线有什么性质？是否只有铀能放出射线？别的物质能不能放出其他射线呢？带着这些问题，居里夫妇花了三年多时间，从几吨沥青铀矿中分离出了比铀放射性强400倍的新元素钋。不久，他们又发现了另一种放射性化合物。9年以后，在居里去世后的第二年，居里夫人终于异常艰苦地从30吨铀沥青残渣中提炼出0.1克镭盐，并确定了镭的放射性比铀强200多万倍。

钋和镭的发现，不仅给科学界提供了两种用途广泛的放射性元素，而且给人们提供了一种提炼制取放射性元素的方法。居里夫妇因而也在科学史上写下了光辉的一页。

放射性物质每时每刻都在不停地向外放出射线，这些射线又是由什么构成的呢？解开这个谜的是英国物理学家卢瑟福。

卢瑟福把铀、镭之类的放射性元素放进一个铅制容器中，容器上端有个小孔。由于铅能阻挡放射线，所以只能从容器的小孔中放出一束射线。卢瑟福把一块磁力很强的磁铁放在小孔附近，于是放射线受磁铁的不同作用分成三束：一束是不受磁铁影响，穿透力较强的γ射线，一束在磁场作用下发生偏转的α射线，还有一束与α射线偏转方向相反，偏转角度最大的β射线。

α射线、β射线、γ射线都来自原子内部。原子放出α射线或β射线后，变成了另一种新的原子。原子既不是不可分的，也不是一成不变的。放射性的发现，使人们开始步入神秘的原子世界，开创了科学研究的新纪元。

引发核裂变的“炮弹”——中子

自从贝克勒尔发现了放射性现象，居里夫妇提炼出具有放射性的新元素镭和钋，卢瑟福的原子行星模型诞生后，科学界便把目光集中到了原子核的结构上。

1930年，贝克勒尔和德国物理学家玻特，用放射性元素钋发出的α粒子轰击铍片时，发现从铍片里产生一种穿透力非常强的射线，两年后，居里夫人的女儿和女婿用这种射线的粒子轰击石蜡时，竟然打出能量很高的质子来。不过，这一现象未能引起他们的深刻注意，他们从经验出发，误认为这种“铍射线”是一种能量极高的γ射线，因而错过了一次重大发现的良机。

卢瑟福的学生，英国科学家查德威克捕捉了这一良机，对这种现象做了进一步的研究。他发现，这种射线的粒子的质量和质子非常接近，是一种不带电的中性粒子，于是命名为“中子”。中子就这样被一位年轻的学者发现了。它使人们确认了原子核是由质子和中子构成的，对原子结构的探索又深入了一步。

中子被发现以后，科学家们就利用它去轰击各种元素的原子核，来研究原子核破裂时的反应。但命中率太低，多少次实验毫无结果，以致被誉为“原子物理之父”的卢瑟福失去信心地断言：人类任何时候也休想利用原子能！

1934年春，意大利物理学家费米用中子去轰击铀原子核，发现铀被强烈地激活了，并产生出许多种元素。由于当时缺乏有效的手段，所以难以对这些元素进行精确的分离和分析。4年后，德国化学家哈恩和奥地利的迈特纳，用化学方法分离和检验核反应的产物，初步确认，铀核在中子的轰击下，分裂成大致相等的两半，而且计算出一个铀核裂变时会释放2亿电子伏特的能量！

与此同时，居里夫人的女儿和费米等人，在各自的实验中，几乎同时得到了肯定的答案。他们发现，核裂变时除去产生两个裂变原子核并释放出能量外，还会产生出两三个新的中子，新产生的中子又去轰击铀核，还会产生出更多的“中子炮弹”来。于是就会发生一连串的反应。这种按几何级数陡然增加的中子，可以使铀核在极短的时间内全部分裂，同时放出巨大的能量。如果制成炸药，1公斤铀核裂变放出的能量，相当于2万吨TNT炸药的爆炸力！

这种“链式反应”的发现，为人类利用核能打开了迷宫的大门，使人类找到了巨大的能源。

那么，原子核里为什么能有如此巨大的能量呢？科学家们认为，直径仅为原子直径十万分之一的原子核里，拥挤着许多带正电的质子和不带电的中子，它们能排除互相排斥的静电力而共聚一堂，必然还存在着强大的吸引力，科学家称这种吸引力为核力。一旦原子核发生裂变，核力就会被释放出来。但是核力究竟有多大？这个问题由著名科学家爱因斯坦提出的质量和能量的关系式后给出了较圆满的答案。

爱因斯坦认为，质量和能量都是物质存在的形式，两者之间的关系式为：

E=mc2

关系式中，E是能量，m是质量，c是光速。按照这个公式，任何一克物质都具有相当于2500万千瓦·小时的电能。原子中原子核的质量稍稍小于它所含的质子和中子的质量总数，这个微小的差别用爱因斯坦的公式计算，也是一个十分巨大的能量，由此可以知道原子核里有着惊人能量的道理了。

目前，使原子核内的能量释放出来，主要有两种方法：一种是将较重的原子核打碎，产生核裂变反应。目前的核电站、原子弹就是采用这种反应的结果。另一种是把两个较轻的原子，聚合成一个较重的原子核，同时放出巨大的能量，这种反应叫核聚变反应，氢弹爆炸就属于这种反应。

人们利用核能，首先是从核裂变反应开始的，中子就是引发核裂变的炮弹。如果说核能是人类的又一能源宝库，那么中子就是打开这座宝库的钥匙。

原子世界的征服者——粒子加速器

世界就是这样矛盾和奇妙，打破越小的东西往往需要越大的能量。要想把肉眼看不到的细小微粒——原子打破，把一个质子或中子从原子核中分离出来，需要用具有800万电子伏能量的粒子去轰击原子核才能奏效。有的粒子，要想从核内打出来，甚至需用上亿电子伏的粒子做“炮弹”，真可谓名符其实的攻坚战。

怎样才能获得具有高能量的粒子呢？这就要靠高效率的仪器和设备。粒子加速器就是一种能够产生很大能量的粒子“炮弹”的大型机器。它可以使带电粒子获得极大的速度，因而具有极大的动能，而且能够密集地接连不断地发射出来，去轰击要研究的原子，把原子打破，使人们得到所需要的基本粒子。因此，科学家们把它称为“粒子炮”。

自然界虽然也有一些放射性的物质，可以作为轰击原子的炮弹，但是人们难以对它们进行控制，而且这些天然物质放射出的粒子能量都不够高，所以轰击的效率比较低。1919年卢瑟福用天然放射性镭发出的a粒子去轰击氮原子，得到了氧和氢，但是这次实验用了几个星期的时间。

科学工作者渴望有一种能够加大粒子速度，提高粒子能量的机器，来探索原子的奥秘，征服原子世界。为此，许多科学家进行了长期的艰苦的努力。

1928年，英国物理学家科克罗夫特和沃尔顿建造了最初的粒子加速器——电压倍加器。他们利用这台能把质子加速到40万电子伏能量的装置，击碎了锂的原子核，为此获得了1951年的诺贝尔物理奖。

与此同时，美国物理学家范德格拉夫也设计了一种静电加速器。它的高压电极是半球状的金属筒，由绝缘柱高高支起，电极里产生的粒子经强电场加速可到24000万电子伏。

这两种加速器都是一次加速，能不能让粒子在机器中受到多次加速，从而提高它的能量呢？1938年科学家维德罗用交变电场作为驱动力，使粒子在分段的管道中，每经过一段管道受到一次推动，建成了第一台加速离子的直线加速器。这种加速器大大提高了被加速粒子的能量，但缺点是管道长，而且没有充分利用。像美国斯坦福直线加速器中心的一台机器，加速管长达3公里，可想而知，整台机器是多么庞大。

那么，能不能把管道做成一个圆圈状，使粒子在圆圈中周而复始地加速？第一个实现这种想法的是被称为“加速器之父”的美国物理学家劳伦斯。他于1931年制成了第一台回旋加速器。这台加速器直径不过0.3米，但能使粒子加速到125万电子伏。

随着人们对粒子能量不断加大的要求，回旋加速器也从最初的“苗条”渐渐巨大起来。1951年，芝加哥大学内的回旋加速器，磁体就重2200吨，它由一个钢芯和缠绕它的铜线组成。铜线由直径为1英寸的铜管做成，总长度约7公里，仅磁体就有一间房那么大。1967年，前苏联建成一台能产生700亿电子伏能量粒子的加速器，直径超过1500米。美国的一台质子同步回旋加速器直径为2公里，可把质子加速到5000亿电子伏。加速器已经成为一个能量和体积都十分可观的“巨人”。

从本世纪60年代起，科学家们开始研制使粒子和要轰击的原子都动起来的对撞机。这种碰撞无疑比运动的粒子撞击静止的原子要产生更大的能量。70年代后，对撞机已成为世界研制加速器的主要趋势。

西欧核子研究中心的质子——反质子对撞机，能量可达5400亿电子伏特。我国科学院高能物理研究所研制的北京正负电子对撞机，已于1988年开始运行。美国计划建一台20万亿电子伏的对撞机，其工程可同挖凿巴拿马运河相比。

加速器从诞生以来，在半个多世纪的时间里，帮助人们发现了300多种基本粒子。这尊强大的“粒子炮”，轰开了原子世界的大门，为人们洞察微观世界立下了汗马功劳。

核反应堆的秘密

提起核反应堆，也许有人会问：既然它是一种核反应装置，为什么不叫“装置”而叫“堆”呢？要揭穿这个秘密，我们来说一段故事。

原子能的实际试验，是在美国进行的。那是在1942年，当时欧洲正处于第二次世界大战中，许多原子科学家都集中到了美国。这一年12月，流亡到美国的意大利科学家恩里柯·费米等人，在美国芝加哥大学操场的地下，建造了世界上第一个原子核裂变反应装置。由于实验极为保密，工作人员一律不许对外讲出自己的工作情况，所以外界一般人是不知道这里的秘密的。

这个反应装置是由铀和石墨一层隔一层堆积而成的，共有57层，组成一个“堆”。这个“堆”极其庞大，据说光是使用的石墨，就够为当时全球每个人做一支铅笔。

当时的工作人员为了保密，在对外联系时，不能暴露真相。在打电报时，就只用一个简单的词“Pile”来代表实验装置，这个词的意思就是“堆”。后来，原子核裂变反应装置为世人所知，已经不成为秘密了，但是那个代号“堆”却沿用了下来，成为反应装置的正式名称。

有了反应堆，就可以控制原子核裂变反应的速度，使核能得到和平应用，如发电等。

现在反应堆的种类很多，有压水堆、天然铀石墨气冷堆等等，一般核电站用的是压水堆。压水堆就是加压水型反应堆。在这种反应堆里，装有核燃料，如铀235等。为了控制反应速度，反应堆里还装有许多组控制棒。控制棒一般都是用能吸收中子的材料制成，如银铟镉合金、硼钠等。核燃料在反应堆中排成有规则的堆芯，放在一种坚固的钢容器里。控制棒由电动机驱动，根据需要来控制中子的多少，从而掌握裂变反应的速度。反应堆在裂变反应时会产生巨大的热量，这些热量可以用高压水带走。

在核电站里，反应堆是关键性装置。为了将原子核裂变的能量用来发电，还得有一套完整的设备。它除反应堆外，还有蒸发器、汽轮机和发电机等。此外，还有蒸汽和水的管路等。

在用压水堆作反应堆的核电站里，总共有两套管道回路。第一套回路是通过主泵输入高压水，水进入反应堆后，被裂变反应的热能加温，高温水经稳压器进入蒸发器中，将第二套回路里的水加温，变成蒸汽。蒸汽进入汽轮机，带动汽轮机，汽轮机带动发电机发电。从汽轮机出来的蒸汽还可以通过冷凝器和泵，进入蒸发器中再次利用。从蒸发器中出来的另一部高压水还可以返回到反应堆中。

也许有人会担心，原子能发电站安全吗？它不会像原子弹那样爆炸吧？这种担心是多余的。首先，原子能发电站和原子弹虽然都是利用原子核释放的能量工作的，但它们的工作原理和过程是不同的。原子弹的能量释放速度不能控制，在瞬间进行；而原子能发电站的能量可以通过控制棒控制，按需要慢慢释放。可见，原子能发电站决不会爆炸。此外，原子能发电站还有多种保护措施。核燃料是放在坚固的钢容器里，反应堆又装在用金属制作的耐压容器中，而且埋在地下很深的地方。周围又用水泥等材料，把它严密地封锁起来。即使万一有原子辐射线泄漏，严密的封锁线也会把它们封锁在地下，不致泄漏到外面。

星罗棋布的核电站

1951年，当20世纪刚过完一半的时候，一小片并不起眼但能够改变世界面貌的灯光，在美国爱达荷州阿尔科城的一段街道上被点亮了。这是美国科学家首次从一座实验性反应堆中引出的希望之光，核能破天荒第一次为人类带来了光明。

3年后的1954年6月，前苏联建成了世界上第一座实用型的原子能发电站，并在第二年世界首届和平利用原子能会议上，骄傲地展示了这座5000千瓦的电站模型。

1956年5月，英国的比俄国发电能力大10倍的卡德霍尔原子能电站，使伊丽莎白女王春风满面。两年后，美国总统艾森豪威尔从白宫向世界发出信号，他的希平港6万千瓦核电站的电流已经照亮了匹兹堡的大街小巷。从此，把核能用于和平事业，从事工业发电，成了世界各国竞相追逐的目标，核电站雨后春笋般地繁衍起来。

核电站一出世，便显示了它的与众不同，令水力、火力电站只能望其项背的优势。高效能是它的第一特点。电功率100万千瓦的核电站，一年只需要30吨天然铀，而同功率的火力电站要烧350万吨煤炭。清洁也是火力电站无法与之相比的，每天“排泄”上千吨灰渣的火力电站，在核电站面前只能自惭形秽。核电站还有占地少电价低的优势，所以，它只用了20多年的时间，就走完了火力电站100多年才走完的工业发展道路，成为当今世界电站家族中的佼佼者。

现在，世界各国都在积极发展核电站。据统计，已有31个国家和地区建成了426座和正在建筑96座核电站；到1995年，核发电量约占世界总发电量的18%；预计到21世纪，将有58个国家和地区拥有核电站，总数将达1000座，占世界总发电量的35%左右。

全世界运行的核电站中，规模和数量上美国居首位，其次为法国、日本、德国、俄罗斯、加拿大。核电站占本国总发电量比重最大的是法国，约为80%。法国以前是个能源严重短缺的国家，但上帝却在欧洲这块贫铀大陆上，把占世界3%的天然铀赐给了法国，使她几乎绝处逢生，全力发展核电工业。现在法国不但有了67个反应堆在运行发电，而且拥有目前世界最先进的124万千瓦的超凤凰快中子增殖反应堆，使她成为当今世界上能源污染最小的国家之一。

前苏联独具匠心，推出了一种“袖珍”核电站，用一部汽车或一架飞机便可以把它运送到任何一个能源缺少的地区，特别适用于偏远荒凉地带。这种“袖珍”核电站虽然功率不大，但可以在一定范围内供电、供热，不需要人工管理和操作，可连续运转、自动供电25年之久。这种电站已用于北极圈内、茫茫草原、荒野沙漠中科技人员住宅、牧人帐篷、零散人家的电热能源，被誉为造福站。

1991年12月15日，在杭州湾西岸海盐城东南11公里外的秦山山麓，我国的第一座核电站——秦山核电站，正式并网发电，开创了我国核能发电的先河。后来，我国又建成了广东大亚湾核电站，核电之光照亮了东方这块古老的土地。

当代科技的飞速发展，把人们的思维带向了更广阔的海洋和天空，让核电之光在海上、在海底、在太空闪烁。

1978年1月，加拿大政府向前苏联提出抗议，要求对方因她的军用卫星“宇宙254”号在加拿大西部坠落造成放射性污染赔偿经济损失。一时，国际舆论哗然。原来，前苏联卫星上装有核反应堆，实际上是一座精巧的核电站，用以提供卫星的能量。

实际上，1965年美国人便在卫星上安装了第一台氢化锆慢化剂反应堆，它可以提供500瓦的电力。1963年，前苏联研制的“罗马斯卡”空间核电站功率已达800瓦。1971年又研制成功“黄晶”空间核电站，功率10千瓦。后来，美国又研制了功率为100千瓦的高浓铀反应堆，可以满足90年代空间飞行器的能源要求。可以说，空间核动力有比化学能更长的寿命，比太阳能更简单的设施，是空间技术的理想能源，必将在不远的将来有长足的进展。

海底核电站、海上核电站目前还只是在设计阶段。随着海洋石油开采不断向深海海底发展，从陆地发电站向遥远的深海海底供电，不但需要很长的电缆，而且电力消耗也太大，所以建立海底发电站就成为海洋上急需解决的问题。早在1974年，美国原子能委员会就提出了发电量为3000千瓦的海底发电站的设计方案。1978年美国几家公司也联合提出了海底核电站的设计方案。由于存在着比较复杂的技术问题，海底核电站还未实施，不过，预计不久的将来，这种海底的特殊电站将会使人们耳目一新。

海上核电站的设计是在海上浮动箱上建造小型反应堆，由于人们担心海洋核污染问题，海上核电站迟迟未果。目前，像日本、新西兰等岛国已对海上核电站产生了浓厚兴趣，而且从世界第一座核电站的建立到现在，几十年的实践证明，核电站的安全是有保障的，核污染是可以避免的。预计将来辽阔的海面上，必将镶嵌着耀眼的明珠——海上核电站。

核能应用的广阔天地

有人预言，未来的汽车不会在偏远地区因不能及时加油而“瘫痪”，一粒豌豆大小的铀块可以给它“一生”的动力；一幢大楼用不着附带一个烟尘难耐的锅炉房，一块方糖大小的核燃料，可以在它寿命期内一直为它供热……

这绝非天方夜谭。核能的开发，给人类的生产、生活带来了以前难以想像的变化，而且向人们展示了神话般的美妙前景。

在美国内华达州有一个直径300多米、深100米的火山口般的大坑，这就是著名的“轿子”弹坑。它是人类轻松按动相当于10万吨TNT的核爆炸电钮，一举挖成的最大坑穴。用这种办法，可以进行大规模的开凿、挖掘、封堵等工程，而且能起到事半功倍的效果。

美国的一些地方，地下有着丰富的油页岩，这种油页岩和岩层紧紧夹在一起，根本抽不出油来，科学家想出了一种办法，他们在地下很深的地方用核炸弹炸出一口通到地面的“竖井”，往井底送入空气，再把破碎的油页岩点燃，把油液和油气抽到地面上来，于是得到了人们需要的石油和天然气。前苏联正好反其道而行之，他们用地下核爆炸封闭地下裂缝，堵塞天然气的出路，扑灭了一个油田燃烧了几天的大火，避免了更多的损失。核爆炸在地上是灾难，在地下则是功臣。

核能在舰船上的应用最先见于核潜艇。这种核动力潜艇不需要空气作助燃剂，无需浮出海面，可以在深海下连续航行几个月，甚至更长时间。它的续航力是常规潜艇的40倍，可以在大洋里绕地球潜航十几圈而不用更换燃料。1954年，美国率先建造了世界第一艘核动力潜艇“舡鱼”号，并第一次完成了北极冰下探险航行。以后，美国又相继建造了“飞鱼”、“北极星”、“海神”、“三叉戟”等攻击核潜艇，其它国家也先后发展了核潜艇。核能的应用，总是在战争与和平两条轨道上同时发展。

在水上舰船方面，最早是前苏联于1959年建造的“列宁”号破冰船。这艘原子能破冰船曾创下在北极地区连续活动390天的历史最高纪录。1974年，又建成了“北极”号破冰船，它到达了前人没有到达过的北极点。美国1962年建造的“萨瓦娜”号核动力商船，仅三年就航行了45万海里，到过13个国家。现在，一些国家已有了核动力驱逐舰、核动力巡洋舰、万吨级的核动力航空母舰。核能在海洋中的优势和威力，越来越受到人们的青睐。

像人们利用太阳能而创造了太阳能电池一样，核能被开发出来以后，核电池便应运而生，并以它特有的优势独领风骚。

核电池是人们用半导体换能器把放射性物质放出的射线热能转变为电能制成的。这些用来制造核电池的放射性物质，衰变期长，放出的能量大，如1克镭在衰变中放出的能量，比1克木柴燃烧时放出的能量大60多万倍，其衰变期为1万年。因此核电池的能量大，体积小，可以长时间使用，不受温度、压力、磁场等的变化影响，可靠性强。

由于核电池有这些优点，它首先被用于宇宙空间探测和航空航天事业上。1961年，美国第一次在人造卫星上使用核电池为无线电发报机供电，开辟了核能在空间领域应用的道路，以后便在人造卫星、宇宙飞船和各种空间探测器上普遍地应用起来。

心脏病曾困扰着许多医生和病人。心脏起搏器发明后，挽救了不少人的生命。然而，更换同起搏器一起植入人体内的汞电池却成了一个令人头痛的问题。一般二至三年，病人就要被打开胸腔，更换一次电池，痛苦是可想而知的。1970年，两个法国医生为一名老妇人安置了第一台最少可使用10年的核能心脏起搏器，免除了这位患者更换电池的痛苦。现在，世界上已有成百上千人使用了这种带核电池的起搏器，重新走上了学习和工作岗位。

核能在医学上的应用已经成为一门集核技术、电子技术、计算机技术等现代技术与医学的新学科——核医学。它在早期诊断、成像诊断、放射治癌等方面都涌现了前所未有的可喜成果。

在当代著名的“绿色革命”中，核能也是一个不可缺少的角色。经过核能辐射的粮食和食品，可以有效地减少霉菌的侵害；利用核能辐射，还可以改良品种，使农作物具有高产、早熟、抗倒伏、抗病害、高蛋白含量等优良性状。印度曾经引进一种墨西哥培育的高产的索诺拉小麦，但它的颜色不受印度人的欢迎，如果进行遗传培植来变异，得用十几年时间。印度采用了核辐射技术，只用了三年时间，便培育出了琥珀色的品种，他们称之为“莎巴蒂·索诺拉”小麦。

除此之外，核能在检测技术、示踪技术、活化分析、材料加工以至生命科学中都有着广泛的应用。核能技术作为20世纪的一项重大科技成果，虽然才发展了半个世纪，但已显示了它的巨大生命力。它的发展将有着更加辉煌的前景。

切尔诺贝利的烟云

人类社会的发展往往是迂回曲折的，科学的发展往往也是这样。

在人类利用核能造福的同时，核能也可能给人类带来灾难。

事情发生在1986年4月21日凌晨，原苏联乌克兰共和国的一个小镇切尔诺贝利。

深夜1时23分，距这个小镇14千米的核电站第四号核反应堆由于技术性能不善和操作人员的失误，发生了可怕的爆炸。一柱放射性毒烟冲上1千米的高空，2名工人当场死亡，另有29人也因大面积烧伤和受到强辐射不久就死去。第二天，放射云飘出了原苏联边界，空气中剧毒的铯137含量为平常的1万倍。为“浇灭”这个剧烈起火、放射性四溢的反应堆，直升机紧急出动，从空中向“核锅炉”投下共5000多吨的硼、白云石、铅、沙和黏土。为避免温度已升到300O℃的反应堆核心烧穿地面进入地下，救险人员不得不掘通地道，用水泥紧急加固地基，又将液体氮泵入堆心下面，冻凝那里的土地。救险中，又有若干人员，包括直升机驾驶员，受到过量的放射性照射，虽经努力抢救（包括送到美国救治），但最终还是没有逃脱死亡的魔掌。在核烟云直接波及的地区——1000多平方千米肥沃的乌克兰农田因被污染而荒芜废弃；欧洲共同体禁止了从7个受污染最严重的东欧国家输入食品，使这些国家经济遭受了灾难性的打击；瑞典政府为赔偿那些被倒掉的毒奶，废弃的牧场和牲畜，花费近1.5亿美元；估计从此后70年内，在受到放射性灾害的地区将有千万人因为吸入铯—137等放射性物质而患癌死亡。

——这就是失控的裂变能造成的可怕后果。

它触及了使用裂变核能的最重要问题之一：放射性。原来铀核在裂变后，会产生具有很强放射性的“核废料”，它不但对人身有极强的毒性，而且能保持数百至数千年不消失。它的埋藏和处理，成了一个严重的问题。不过，现在科学家已经能够设计和建造安全性能十分可靠的核电站，在放射性废物的安全处理方面也有不少可行的办法。

安全的核电站

核电站设有四道安全门，保证核辐射物不外泄。

第一道“安全门”是核燃料芯块外表涂上三四层热解碳和碳化硅涂料，可阻止99%的放射性物质外逸。有的是把燃料经过处理，有的是放在陶瓷做的燃料棒内。

第二道“安全门”是芯块组成的燃料棒外面再套上一个密封管。密封管是由耐高温，耐腐蚀材料制成的。密封管能使逃逸出来的1%—2%的放射物质被包覆住。

第三道“安全门”是由燃料棒组成的芯堆放在一个大容器内。容器直径有几米，壁厚20厘米，形状像热水瓶胆，由低合金钢制成的。万一燃料棒的密封管破裂了，泄漏出来的物质也不会跑到这个容器的外面去。

第四道“安全门”是有一个安全壳的厂房，把“一回路”设备包容在里面，安全壳没有窗户和多余的门，并且建设很坚固。这就保证了如果万一发生事故，放射物质也不向外泄漏，使危险只限于安全壳内。

放射性物质也不会由冷却物质泄漏出去。就以压水堆来说吧。反应堆和蒸气发生器所用的水，是“一回路”，而推动汽轮机转动的蒸气所用的水，是“二回路”。“一回路”和“二回路”是隔离的。另外，“二回路”的水循环使用，不外流。所以要把汽轮机用过的热水冷却，冷却用的水与“二回路”的用水是隔离的。所以核电站的放射性不会由冷却水泄漏出去。

核电站还有很完善的安全系统，它包括事故监视装置、安全保护线路和安全保护执行机构三大部分。事故监视装置对30项—40项重要参数进行监视，如果发现有出现事故的苗头，立即发出警告信号和让反应堆停止工作信号。安全保护线路根据监视装置的信号，根据预先设计的措施和方法，发出信号，驱使安全保护执行机构将反应堆关闭，使防止事故的系统投入工作。安全保护线路是采用两套甚至三套“保险线路”，以提高可靠性。

还有工程安全设施，假若压水堆的“一回路”管道破裂造成堆芯失水，紧急停堆系统会在2秒内关闭反应堆，并且开动安全注入系统，注入大量的水，水中含有吸收中子的吸收剂。

万一发生火灾，厂房安全壳的喷淋系统自动从顶部喷淋而下，水中含有氢氧化纳和硼酸，可以将蒸气和放射物除掉。在发生事故时，安全壳隔离系统，自动地把厂房安全壳与外部相通的管道关闭，使厂房安全壳与外部隔离起来。

为了使核电站更安全，现在更注意发展安全的新型反应堆。新一代核电站有三种类型。

（1）改良型：在现有反应堆类型基础上，增加安全措施，提高安全性，使可靠性更高。

（2）革新型：采用先进堆型，简化设备（设备越多可靠性就越低），增加安全系统，提高使用寿命。例如现在很多反应堆都采取措施，保证在操作人员出现错误时，也不会造成事故。日本研究出一种“自动恢复”反应堆，它有自我检查能力，发现有故障苗头，就命令机器人去排除故障，进行修理，值班人员在不知不觉中，事故苗头就已经被消除了。日本还开发一种“小型高速增殖堆”，在使用寿命30年内，不用更换燃料，这本身就可以提高安全性。

（3）“革命型”：采用的反应堆，从根本上就不会发生严重事故。比如，人们设想一种“傻瓜堆”，不论人们如何操作，都不会有大事故。这种反应堆目前只是处在概念阶段。

未来的核电站安全目标是，事故率可忽略，比如说一座反应堆工作一年的平均事故概率小于千万分之一。

人造小太阳

你知道太阳为什么会不停地发出巨大的光和热吗？原来太阳上也在进行原子核反应哩。

早在1938年，科学家贝特就指出，在太阳的炽热的核心里，正在发生核聚变反应，即在不断地由许多质子合成原子核的反应。

我们在前面已经讲过原子核的裂变反应，这里说的却是原子核的聚变反应，这是怎么回事呢？

前面讲过，像铀这样的重元素，它在裂变时，会有质量亏损，这些亏损的质量会变成巨大的能量，这就是裂变能。原子弹和原子发电站都是利用这种原理工作的。

我们现在来看轻元素，如氢和氦。氢原子核是由1个质子组成的。氦原子核则是由2个质子和2个中子组成的。根据计算，氦原子的质量应该是4.031872“原子质量单位”。但是，科学家阿斯顿在用他的仪器实测氦原子质量时，却只有4.001507“原子质量单位”。这就是说，氦原子质量的理论值与实际值亏了0.30365“原子质量单位”。

又是产生了质量亏损。根据物质守恒定律，这些质量亏损是化成了原子的结合能，原子核就是靠这种结合能把质子和中子“粘”在一起。这种结合能在科学上就叫聚变能。由此可见，原子核裂变可以施放出能量，同样，原子核聚合也可以施放出能量。这种聚变能就是聚变反应的产物。

在太阳的核心里，正在发生4个质子合成一个氦核的反应，所以它会发出巨大的聚变能，光和热就是聚变能产生的。

聚变反应的燃料一般是轻元素，如氦、氢及其同位素等。一个氢同位素氘核和一个氢同位素氚核互相碰撞，发生聚变反应，可生成一个氦核。聚变时同时释放出很大的能量，这种能量比裂变反应时发出的能量还要大。生成1克氦核的聚变反应，释放出来的能量就大约与燃烧12吨煤相当，这要比同样重量的核燃料裂变反应产生的能量大好几倍。

根据这个道理，科学家准备用人工的方法来重现太阳核心的反应，也就是人工制造“小太阳”。

不过，实行原子核的聚变反应有一个条件，必须加温，使原子核以极高的速度运动，才有可能叫它们聚在一起。不过，一旦聚变反应发生，就不必再加温了，它自己产生的能量就可以维持反应的要求了。这就像一般燃料，只要点着，它就不必老加温，自己就可以燃烧起来一样。正因为这个原因，人们才把原子核的聚变反应称作热核反应。比如为了使两个氘核或氢核发生聚变，就必须使它们充分靠近，近到只有十万分之一厘米的距离，要做到这一点，必须具有几千万摄氏度到两亿摄氏度的高温才行。因此，要实现聚变反应，获取这种反应的高能量，首先要付出高的温度。

1952年，美国首先用人工方法实现了核聚变，这就是氢弹爆炸。氢弹原来就是用氢等轻元素作原料，用高温来促使这些元素的核聚变的产物。那么，氢弹里的高温是怎么得到的呢？是用原子弹爆炸得到的。也就是说，一颗氢弹里其实还藏有一个小小的原子弹。这个小小的原子弹就像普通炸弹里的雷管，它先爆炸，产生几百至几千万摄氏度的高温。在这种温度的“引燃”下，氢弹里的重氢发生核聚变，变成了氦核。在一瞬间，产生比原子弹还大的爆炸能量。1952年11月1日，美国在太平洋一个小岛爆炸的一枚叫“麦克”的氢弹几乎把这个小岛削平了。

后来，人们又制造了威力更大的氢弹。这种氢弹里装的聚变原料是氢化锂或氘化锂，其中的“引爆”原子弹有多个普通的铀弹，或钚弹。1千克氘化锂的爆炸能力相当于5万吨烈性炸药梯恩梯。我国于1969年6月17日也爆炸成功了第一颗氢弹。这颗氢弹里面装的核“炸药”就是氢化锂和氘化锂。

还有一种更厉害的氢弹叫钴弹。它是在氢弹外面包上一层金属钴。当氢弹爆炸时，释放出中子，撞击钴核，产生钴同位素。这种钴同位素放射性极强，杀伤力极大。它产生的烟尘所到之处，一切生命都会死亡。

氢弹，实际上是战争之“神”。能不能变战争之“神”为和平的使者呢？也就是说，能不能让原子核的聚变反应也变得可以控制，使它像原子能发电站那样，慢慢释放出能量来，为人类造福呢？

这种可以控制的热核反应，科学家叫它受控热核反应。从1952年氢弹爆炸之时起，就有许多国家在秘密研究这个问题。我国也已经有了自己的受控热核反应试验装置。

要使热核反应得到控制，必须保证参加反应的热核材料得到充分的约束。由于裂变反应堆的燃料是固体，反应温度只有几百摄氏度到两千多摄氏度，可以装在壳体中，用控制棒让它慢慢反应，这样做困难不是很大；而聚变反应是在几千万摄氏度的高温下进行，这时所有的物质都被电离，变成了等离子体，控制起来就十分麻烦，因为至今还没有一种材料可在几千万摄氏度高温下不化，所以找到不化的容器来装核燃料就成了难题。后来，科学家找到一种“磁约束”的办法。据说，已经建成的大型磁约束受控热核反应装置，这种装置可以在6千万摄氏度高温度下，约束核聚变反应。当然，这并不是说热核反应完全可以控制了。但是，和平利用热核反应的前景还是很美好的。有人预计，热核反应的实际应用，即热核发电站的运行，大约在下世纪可以实现。

据计算，建成一座可控热核聚变反应发电站的投资是烧煤的火力发电站的6倍，是裂变反应核发电站的4倍。一座功率为150万千瓦的可控热核发电厂，光要使用的钢材就要5万吨，仅此一项，就相当于同功率火力发电厂的全部投资。看来，建成热核发电站的任务是艰巨的，但是它产生的能量却是无可比拟的，人类一定会在地球上造出许多可以控制的“小太阳”，而不需要像神话中的盗火神普罗米修斯那样，去天上“盗火”。

原子反应堆

美国芝加哥大学的校园里，有一座废弃不用的运动场。在运动场西看台的前面外墙上，挂着一块镂花金属匾，上面用英文写着：

“1942年12月2日，人类在此实现了第一次自持链式反应，从而开始了受控的核能释放。”

这就是原子时代的出生证明。

人类制成的第一座原子反应堆，就是在这个运动场看台下面的网球场中建造起来。

那是1942年11月，美国芝加哥大学校园里一片冷清。由于美国卷入了第二次世界大战，学生们各奔东西，校园一时失去了昔日欢乐喧闹的气氛。

细心的人们却惊异地发现，在校园体育馆的室内网球场入口处，挂着一块醒目的牌子，上面写着“冶金技术研究所”，禁止外人人内。

其实，这里来了一批举足轻重的人物，为首的是意大利物理学家恩里科·费米，他带领一批物理学家，在这里研制原子反应堆。

早在1939年1月，国际理论物理学年会上，费米得知德国的物理学家哈恩发现了铀核裂变现象。

当时，费米十分震惊，他似乎已预感到它的重大价值：铀核俘获一个中子后，会分裂成两个大致相等的部分。这样，如果铀核每次裂变放出一个以上中子，将又会引起下一次裂变。如此循环，就有可能发生链式反应。

继而，费米又计算出铀核分裂可能释放出令人难以想像的巨大能量。

接着，费米继续进行着他的实验。运用先进的回旋加速器，证实了链式反应的可能性，而且反应速度极快，前后两次反应的时间间隔仅为五十万亿分之一秒。

而对如此的成就，费米激动不已。他认为一旦能够人为地控制铀核裂变的速率，链式反应自动持续下去，它将会在极短的时间内释放出巨大能量！人类将会开辟出新的能源！

只是，促使铀核裂变要形成链式反应的关键在于中子。然而，在绝大多数情况下，中子释放速度极快，很难被铀核“俘获”。

要解决这一问题的关键，是找到一种减速剂，使中子被释放出来之后运动速度变慢，让铀核俘获，从而导致下一次裂变。

几经大量的实验和探索，费米等人终于找到了理想的减速剂——纯石墨。

实验得到了根本性的突破后，费米带领一批物理学家在芝加哥大学的网球场内，要建造世界上第一座原子反应堆。

根据设计要求，反应堆长近10米，宽9米，高6.5米，总重量1400吨，一层石墨一层铀，总共57层，其中有56吨天然金属铀和氧化铀。看上去，反应堆就像偏球形的“炉灶”。

在这个“炉灶”里，还插着一根特制的镉棒。它能吸收中子，只要调节它的深入尺寸，就可以控制裂变反应速率。

为了预防事故的发生，科学家们采取了几套预防措施，将反应堆内控制棒分3组：一组是电动的自动控制棒；另一组是用绳子拴着一个重物的紧急安全棒，当发生意外故障时，立即砍断这根绳子，使安全棒迅速掉人堆内；最后一组是一根控制棒，移动这根棒可以使链式裂变反应开始发生、加速或停止。

1942年12月2日，原子反应堆试运转，大家都在紧张地为此准备着。

费米抬起手腕看了一下表，9时45分。他大声喊道：“大家注意，现在启动反应堆。”

此时此刻，在场的所有人员的注意力都集中在“炉灶”上，等候费米的命令。

15分钟后，费米下达命令：“抽出控制棒！”

当把镉棒慢慢地向外抽出一些时，只听得计数器“咔咔咔”的声响越来越快——铀核裂变开始了！只是声音不稳。

到了下午3时20分，费米再次下命令：“再把控制棒往外抽一英尺！”

3分钟后，计数器的“咔咔”声终于变成了稳定的响声。反应堆达到临界点，人类历史上第一次核的链式反应开始自持地进行了……

它以小于0.5瓦的功率运行28分钟。

费米主持的世界上第一座核反应堆的成功运转，标志着人类进入了原子能时代。

这一反应堆，人们还叫它“芝加哥一号”反应堆。

其实，在反应堆里，铀原子受到慢中子的轰击，发生核裂变，产生大量的能量，可以用来发电，产生高温，这就是核电；当能量集中、短时间突然释放出来时，就产生大爆炸，这就是原子弹。

原子弹爆炸

最简单的原子连锁反应，是在原子弹中发生的反应。那么，原子弹是如何爆炸的呢？

在原子弹中，有两块或更多的同位素微块。每一块的重量小于临界质量，但是，如果把它们加起来则大于临界质量。它们又相处在一个安全的距离。

在它们的背面放着微小的普通炸药块，在规定的时刻，炸药块爆炸。这使同位素微块彼此间互相射击。于是，形成了临界质量，原子弹就爆炸了！

实际上，这里发生着剧烈的裂变，速度是相当快的。

首先，出现1个裂变。

其次，两个中子引起了2个裂变。

继而，每个引起2个裂变，因此，出现4个、8个、16个、32个、64个……

看起来这个速度不是很快。但是，如果连续地以2来乘的话，那增长的速度是十分惊人！

例如，在第10“代”裂变时就有512个。到了第20“代”则为524288个裂变。第80“代”，超过了1，2089×1024。所有这一切都是发生在不到1秒钟的极短时间内。

这样，原子弹就爆炸了。

纳粹德国在行动

20世纪20年代，美国的一些优秀青年，如拉比、奥本海默等纷纷到了英国、德国和丹麦等欧洲国家，求教于当时世界上一些著名的物理学家，如卢瑟福、玻尔、玻恩、海森堡等，在他们的指导下，学习与原子和原子核有关的现代物理学。待学成之后，他们怀着振兴美国物理学研究的雄心，带着最新的量子力学、原子物理和核物理知识回到自己的故乡。这些新知识和新发明就像16世纪西班牙航海家抢来的金子一样稀奇与珍贵，给自己的祖国带来巨大而又令人吃惊的利益。

1932年是一个不寻常的年份，在那一年的2月，发现了中子；11月，罗斯福当选为美国总统；次年的1月，希特勒当上了德国政府的首脑。30年代，希特勒的反犹太和反现代科学的政策，给美国送来了一大批欧洲优秀的物理学家，如弗兰克、费米、维格纳等，使美国的现代物理学，特别是核物理学的研究队伍日益壮大。

1939年1月，玻尔应邀去普林斯顿高级研究院访问。弗里施在他临行前仓促从瑞典赶回来，告诉他铀可能裂变成了两块。玻尔把这一消息带到了美国，立即引起了轰动。当时弗里施正在丹麦做实验，以证实他们的解释。玻尔的儿子奥格通过电话给玻尔通报了弗里施已经看到裂变碎片产生的大电流信号的消息。

玻尔立即和普林斯顿的惠勒合作研究核裂变的机制。他们提出并在理论上证明，只有铀—235才会在吸收中子后发生裂变。玻尔怀疑铀—238吸收中子后会变成一种更重的元素，这个元素也可能会产生裂变。玻尔还提醒，铀—235在裂变时可能会产生两个以上的次级中子。他们的文章在1939年9月公开发表。

核裂变的实验立即在美国的很多实验室被重复和证实。随之而来的是对裂变过程的进一步研究和对裂变生成元素的鉴定，许多科学家不久就分别独立地证实了法国约里奥·居里小组的发现：铀元素在裂变时能产生多于一个的次级中子。这一发现使物理学家们想到了原子核的链式反应：一个中子引起一个铀原子核裂变，而裂变产生的更多中子又引起更多的裂变，因而形成连锁反应。原子核在这个反应过程中，释放出巨大的能量。

当核物理研究发生突变时，希特勒发动的战争也发生了跃变。1939年3月6日，德国军队开进了捷克斯洛伐克。物理学家们不仅看到战争的变化，也看到原子核裂变释放的巨大能量可能会对战争产生的影响。当世界上最大的铀供应国捷克斯洛伐克落入德国人的手中时，他们不能不为此担忧。因此，他们立即以自己的方式作出了反应，西拉德就是其中最为重要的一位。

利奥·西拉德，匈牙利物理学家，生于1898年。他在青年时代就饱受政治动荡之苦。在希特勒掌握政权以后，西拉德先到了维也纳，在那里呆了6个星期，又到英国去了。西拉德具有惊人的才能，他能根据今天的事实，用演绎法来预测明天的事变，他认识到，奥地利迟早是要被纳粹占领的。

1933年秋，在英国物理协会年会上，卢瑟福爵土在发言中指出，凡是谈论大规模地取得原子能的人，都是“胡说八道”。西拉德后来回忆说：“他的讲话使我考虑了这个问题。1933年10月，我的脑海里出现一个想法，就是说，如果能找到一种元素，它吸收一个中子并发射出另外两个，那么就可以实现链式反应，首先我觉得铍可以是这种元素，后来又觉得是某些其他元素，包括铀在内。但是由于种种原因，我没有进行临界试验。”

早在1935年，西拉德就向许多原子科学家提出了这个问题：他们是否认为应该理智地、起码是暂时地停止发表他们的工作结果，并且要考虑到他们的研究有着严重的、甚至是危险的后果。他所询问的科学家之中，大多数拒绝了他的建议。在当时，原子堡垒被攻下来的希望似乎是没有可能的，而西拉德却已经在谈论如何处理战利品了。由于这一“过早的担心”，他所得到的声誉是“荒唐”，即，没有做第一步和第二步，而竟考虑做第三步和第四步的事情了。

1939年4月末到7月末，西拉德和他的朋友们一直苦思，怎样以最好的方式让美国政府了解原子研究工作的巨大意义，以及它们对军事技术可能产生的影响。

1939年3月，费米请求哥伦比亚大学研究生院主任皮格勒姆给美国海军军械部部长、海军上将胡珀写一封信，请求他同意利用费米在华盛顿美国哲学学会作报告的机会，与费米见一次面。3月17日，费米拿着皮格勒姆的介绍信去见胡珀。皮格勒姆在信中以用于学术讨论的谨慎口气写道：“铀可能成为一种每磅可以释放出比通常炸药大100万倍的能量的爆炸物。我自己的感觉是，这种可能性是很小的。”在会见中，费米同胡珀讨论了制造原子弹的可能性，但是，费米的话对这位海军上将并没有产生多大的影响。胡珀只是礼节性地会见了他，希望费米能及时地把他们的研究结果转告海军。

费米在给海军科学家作报告时，提到了用慢中子实现可控核反应和用快中子实现核爆炸的可能性，他说：“然而，不可能对目前存在的实验数据作出任何精确的预言。”费米的报告引起了海军实验室一些在为潜艇寻找新动力的科学家的兴趣，他们也开始了铀分离和核裂变方面的工作。但是，海军不愿意提供用于核研究的经费。这种态度，无疑是给费米等科学家们的头上泼了一瓢冷水。

正当西拉德等人为怎样引起政府机构对核裂变的注意而伤脑筋时，他们得到了秘密报告说，“第三帝国”正在德国政府支持下顺利进行制造原子弹的工作。由此可见，他们的最坏设想已经得到证实了。

通过秘密渠道传到美国物理学家那里的最新消息说，德国人已经采取了坚决行动，他们突然禁止从他们所占领的捷克斯洛伐克出口铀矿石。欧洲另一个有储备铀的国家是比利时，它是由刚果的铀矿产地中得到这种金属的。现在，西拉德正在想方设法来保护这种具有重要战略意义的金属，不让希特勒夺去。可是，美国政府还一直没有认识到铀会有什么军事价值，这种稀有金属当时几乎全部用来制造钟表盘上的发光字码和用于陶瓷工业。

形势越来越明朗了，德国正在从事制造原子弹的工作。西拉德这时意识到，必须得到美国政府的支持，以遏制德国的核计划。

美国的核计划

铀委员会在给罗斯福的第一份报告中指出：由于核研究的军事特别是海军应用，“我们相信这个研究是值得政府给予直接财政支持的。”费米和西拉德等人因此而得到了美国政府的一部分拨款。他们利用这笔资金签订了购买材料的合同，将不断缓慢到来的氧化铀和石墨堆在一起，研究反应堆中材料的排列方式，各种中子吸收、逃离现象，用实验和外延的办法测量、推断和提高反应堆的中子增殖系数。

美国在战争时期制定科研和防务政策的任务主要落在大学校长们的肩上。一方面，这是因为华盛顿的政府办公室里没有人真正深入了解，并能指挥起美国的科学研究；另一方面，军事科研部门缺乏优秀人才。

罗斯福总统看到了这个弱点，他曾在科学家的聚会上讲话，希望科学家能成为保卫美国安全的一支重要力量。美国东海岸的一些大学校长也认为，国家科学院应对战争做一些事情，他们推荐华盛顿卡耐基大学校长布什出面与罗斯福总统商谈有关国防科研的问题。

布什曾是一位电子专家，精通应用数学，曾经担任过麻省理工学院的副院长。布什于1940年6月初与罗斯福总统进行了会谈。6月27日，罗斯福下令成立国家防卫研究委员会，布什担任这个委员会的主席。它的主要任务是在美国科学院和美国政府之间建立联系，使美国的科学研究能在美国政府的支持下，独立地和更有效地为美国的防务服务。布里格斯的铀顾问委员会演变成它的一个下属委员会。布什对它进行了改组，把这个委员会的两名军事成员换成了5名科学家，强化了美国的核研究计划。仅哥伦比亚大学的核研究在1940年1.1月就得到了4万美元的额外支持，材料的供应也得到了明显的改善。

美国国家防卫研究委员会成立后，实际上只控制了与国家科学院有关的研究人员。当时军队拥有另两个平行机构：军事服务实验室和国家航空顾问委员会。为了将所有的科研能力统一起来，更有效地为战争服务，在布什的提议下，罗斯福总统于1941年6月28日下令成立政府科学研究发展办公室，布什被委派为这个办公室的主任，成为美国战时军事科研的最高协调人，原国家防卫研究委员会成为科学研究发展办公室的一个下属机构。布什在核研究方面的主要助手，哈佛大学校长、化学家科南特接任国家防卫研究委员会主席。布里格斯的铀委员会升级为科学研究发展办公室的一个分部，也称S—1委员会。这样，核研究就变成了美国战时几个最重要的军事研究项目之一。

在西拉德、费米等人积极地争取美国政府的支持，以军事应用为最终目的而从事核研究的同时，另一个纯学术研究性质的实验室却在无意中接近了原子弹研究的大门。

在加州大学伯克利分校的辐射实验室，回旋加速器的发明人、诺贝尔物理学奖金获得者劳伦斯，很热心于加速器技术的改进和更大加速器的建造。1940年，他从洛克菲勒基金会获得100多万美元的资助，以建造重达4900吨的回旋加速器。他的一些物理学界的朋友，如麦克米伦和艾贝尔森等人则利用劳伦斯的回旋加速器产生的高能粒子束做各种核实验。

1940年初，麦克米伦和艾贝尔森在实验中发现了玻尔预言过的第94号元素钚—239存在的迹象。钚—239是由铀—238吸收一个中子，并经过两次衰变后产生的，具有24000年的寿命，与铀有着非常不同的化学性质。他们的这一发现在当年6月号的《物理评论》上公开发表。

1941年2月，伯克利的化学家西博格用化学方法正式证实了钚—239的产生，并开始对它的性质进行系统测定。根据玻尔的预言，钚—239也是一种可裂变元素。英国核研究主持人之一的查德威克看到文章后，立即通过外交途径请求美国方面制止更多消息的泄露。1940年12月28日，英国另一名重要核物理学家考克饶夫通过英国驻美科技代表福勒转给劳伦斯一封信，提醒他注意钚的潜在军事应用价值。麦克米伦不久因雷达研究而返回麻省理工学院，在他的建议和劳伦斯的帮助下，费米当年在罗马的同事西格雷接替了麦克米伦，他们在1941年3月就证实了钚—239的可裂变性。

1941年初，美国很多物理学家对布里格斯的铀委员会的工作提出了意见。布什请美国国家科学院院士、芝加哥大学物理系主任康普顿组织一些“有资格判断核研究”的人对核计划作全面的考证。经过与布里格斯委员会成员讨论后，康普顿的委员会于5月17日递交了第一份报告。报告讨论了慢中子的军事用途，包括利用裂变产生放射性污染、反应堆作为潜艇动力，以及由高纯度的铀—235或其他可裂变元素装配原子弹。报告虽然提出了核动力未来的重要性，但对成功的时间特别是同位素的分离持不乐观的估计，没有能够对原子弹在当时战争中的作用提出肯定的建议。

劳伦斯是国家防卫研究委员会雷达小组的成员，在核物理学的朋友，特别是英国朋友的影响下，他对核研究的军事应用兴趣日增。劳伦斯提出把他的37英寸回旋加速器改装成分离铀同位素的质谱仪。1941年3月，他正式要求布什在财政上支持伯克利搞核研究。7月11日，他给康普顿的委员会递交了一份报告，在美国的核研究史上第一次具体地提出了原子弹的构造，“如果有大量的94号元素，快中子也可以产生链式反应，这个反应释放能量的速度将是爆炸性的，因而可视为一种‘超级炸弹’。”

布里格斯的铀委员会和康普顿的两个报告都未能就原子弹问题作出肯定的推荐。与美国相反，这时英国却对原子弹的前景提出了肯定和乐观的建议。它使布什、科南特以及其他一些美国物理学家感到困扰，认为有必要重新考察整个核研究。布什又一次改组了铀委员会，增加了一名重要的核物理学家，他让科南特找劳伦斯和康普顿会谈，希望劳伦斯为核研究做更多的事情，再次请求康普顿组织国家科学院的物理学家，全面考察核研究。

1941年11月6日，康普顿正式提交了他的委员会的第三个报告，其中写道：“全力以赴研制原子弹，对于国家和自由世界的安全是必不可少的……必须认真考虑到，在几年之内，报告描述的原子弹或类似的铀裂变装置的使用，将决定军事上的优势。只要将足够质量的铀—235材料很快地合在一起，就可以产生具有超级摧毁力的裂变炸弹。”报告估计原子弹的临界质量为2～100公斤。由于原子弹爆炸时，核反应不能完全进行到底，1公斤铀—235爆炸时能产生相当于300吨TNT炸药产生的爆炸力。如果全力以赴的话，原子弹成功的时间为3～4年。

布什接到康普顿的报告后，立即报告罗斯福总统。罗斯福的回答是，如果原子弹是可行的，我们必须首先造出来！

S—1委员会的中心任务是，研究美国能否在战争结束之前造出原子弹。卡耐基大学核研究小组已经证明，快中子在铀中引起核裂变时，80%以上的裂变原于核是铀—235。加州大学伯克利分校的奥本海默根据最新的实验数据，估计原子弹的临界质量为2.5～5公斤。

原子弹的另一个关键问题是，能否在短期内获得足够的裂变材料。质量不同的同位素不能用化学方法分离，而且由于铀同位素质量大，而质量差小，分离它们是很困难的。当时美国的科学家已经在研究4种不同的铀同位素分离方法：

（1）扩散法。它利用克劳修斯热平衡原理，把质量不同的同位素分离，美国海军实验室很热心于这一方法。这种方法的缺点是效率太低。

（2）离心法。它利用不同质量的气体在旋转时所受的离心力不同而将同位素分离。原则上它可有很高的效率，哥伦比亚大学的尤里和弗吉尼亚大学的皮姆斯在这方面已经做了很多工作，主要涉及到材料和离心泵的问题。

（3）气体扩散法。它利用不同质量的气体穿过一些多孔膜时的透过系数不一样，从而把同位素分离。哥伦比亚大学的邓宁估计，如果让天然铀的氟化物气体通过5000层膜，氟化铀中的铀—235含量可以达到原子弹材料的要求。

（4）电磁分离法。它利用不同质量的带电粒子在磁场中的偏转不同，从而把铀同位素分离。1941年夏，劳伦斯从实验上突破了这一障碍，为铀同位素的大规模电磁分离开辟了道路。

另一种裂变材料钚—239的生产，首先要取决于自持式链式反应堆的建造成功，以及钚—239从铀中的化学分离。费米在哥伦比亚大学用石墨作缓冲剂的“晶格式”指数实验反应堆的中子增殖系数，已达到0.9以上，物理学家们认为这个系数可随材料纯度的提高而增大。另外一种用重水作缓冲剂的反应堆的研究也在进行，核工厂所需要的原料供应没有遇到很大的困难。

1941年初，在北美洲大概存放有2000吨氧化铀，美国和加拿大的铀矿每月能提供几百吨铀产品。S—1委员会估计，最小的原子弹只需不到10公斤的铀—235，提炼每公斤铀—235需要的氧化铀将少于1吨。一个反应堆也只需要几百吨氧化铀。因此，氧化铀的供应是不成问题的。同时，S—1委员会还筹划为反应堆的研制购买大量的石墨和重水。

1941年12月6日，布什把康普顿等人召到华盛顿，并正式传达了罗斯福总统“全力以赴研制原子弹”的命令。科南特在S—1委员会的会议上宣布，他将作为布什在S—1委员会的私人代表，协调核计划的进展。他同意在4种铀同位素分离方法上同时努力，确保为原子弹研制提供核材料。会议确定了各项具体工程计划的负责人：标准石油公司研究部主任默弗里被委任主管一切与研究有关的工程计划问题；尤里负责铀同位素气体分离的研究；劳伦斯负责铀的电磁分离；康普顿负责反应堆的研制，钚的分离、生产以及快中子和原子弹本身的理论研究。

早在1940年，康普顿就开始在芝加哥大学物理系组织自己的核研究小组；逐步使芝加哥成为美国核研究情报交流中心。他在接到S—1委员会的指示后，立即把芝加哥的核研究小组进行改组，升级成代号为“金属计划”的大研究计划，使其有权调动全美国的核研究力量。康普顿还在物理系建立了一个专门从事核研究的实验室，代号为“金属实验室”，一大批杰出的物理学家应邀到该实验室工作。

美国的核研究计划从此形成了。于是，人类历史上最大的武器——政治联姻将在未来的几年内实现，原子外交时代将悄然降临人间。人类，包括总统、主席、首相和国王们，都不得不在思维中出现“原子”的影子，它让所有的人不得安生，特别是在漫长的“冷战”时期。

神秘的洛斯阿拉莫斯

原子核裂变被发现的前夕，奥本海默正致力于研究宇宙射线与原子核的相互作用。他听到原子核被劈裂的消息后，立即把自己的注意力转移到这一新发现上，甚至和朋友们谈起它对战争时期物理学研究和战争本身的影响。

1942年春天，奥本海默应康普顿的邀请，到芝加哥大学物理系讨论快中子与核的相互作用和原子弹问题。布赖特辞职以后，他被正式任命为“金属计划”理论部主任。奥本海默反对布赖特那种以过分的保密措施来限制学术自由的做法，鼓励大家进行自由讨论。在伯克利，他组织了一个包括物理学家贝特和泰勒等人在内的学术小组，讨论原子弹模型。考虑到他没有实验和组织经验，康普顿曾专门派另一位物理学家曼西作他的助手。奥本海默凭着自己的敏捷和特有的开朗、谦虚及随和，领导着这个小组取得了远比过去快的进展。奥本海默在1942年初，就感到有必要建立一个新的陔研究中心实验室，一方面为核科学家和武器专家提供一个自由讨论的场所，另一方面也便于保密和管理。格罗夫斯请求美国政府批准了这一建议。

1942年11月，奥本海默与格罗夫斯选择洛斯阿拉莫斯作为新的实验基地。洛斯阿拉莫斯在新墨西哥州的一片沙漠环绕的大山之中，距离最近的小镇圣菲大约50公里，是一个出口很少的闭塞地方。这里原有一所小学，附近还有不多的农场。当奥本海默他们选定这里后，美国军事工程部和其他军事单位立即开始了紧急的工程建设。奥本海默等一批科学家也带着小型加速器等仪器设备不断地进入实验室。

奥本海默开始时对困难估计不足，认为只要6名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。但到1945年时，实验室发展到拥有2000多名文职研究人员和3000多名军事人员，其中包括1000多名科学家。

鉴于大多数科学家都反对实验室的军事化管理，格罗夫斯同意加州大学成为洛斯阿拉莫斯名义上的管理单位和合同保证单位，基地的军队负责实验室建设、后勤供应和安全保障。这就保证了实验室内部的自由学术讨论。奥本海默极力主张学术民主和学术讨论，他认为这是科学研究的基本原则，特别对于军事研究，它是激励优秀科学家创造性的最好方法。在开始时，出于保密考虑，他只允许在他的办公室和格罗夫斯的临时办公室里安装直接对外的电话。但在铁丝网的内部，他反对格罗夫斯提出的在每个实验室配备监视岗的意见，竭力降低军事当局对科学研究的影响。奥本海默鼓励科学家们大胆地讨论原子弹的有关科学问题，提出即使看门人的意见也会对原子弹的成功有一定的帮助。

奥本海默注意倾听任何人的意见，掌握着整个实验进程。有些参与核研究的物理学家后来回忆说，他们自己甚至都不如奥本海默清楚自己工作的细节和进展计划。在很多问题上，都是由于奥本海默的决断才取得突破，保证了原子弹研制时间表的执行。他在科学家、普通职工和政府官员中的威望越来越高。有一个人曾经说过：“在洛斯阿拉莫斯建筑工地上，必要时，每个人都愿意为奥比而赴汤蹈火。”

洛斯阿拉莫斯素有“诺贝尔奖获得者集中营”之誉，奥本海默没有获过诺贝尔奖，却拥有如此高的个人威望，担任着这个“集中营”的“营长”。他的组织才能与人格魅力由此可见一斑。

罗斯福总统在1942年为原子弹计划批准了4亿美元的财政支持，这笔款项分为2.2亿的曼哈顿计划研究费用，1.8亿的原材料采购费用。美国全国都为这个计划做出了牺牲，例如，橡树岭核基地曾一度耗用了美国电力供应的10%。洛斯阿拉莫斯的科学家负责整个计划的协调，他们在交通等方面拥有比国会议员还要高的优先权。在洛斯阿拉莫斯，军队一方面强化安全检查制度，另一方面昼夜为科学家和他们的家属创造良好的生活条件，成为美国历史上科学家和军队最成功的一次合作。

美国还与它的盟国英国和加拿大建立了多种联系和合作，得到了有价值的技术情报和铀原料供应。1943年，英国派出了以查德威克为首，包括玻尔的核研究小组来到洛斯阿拉莫斯、橡树岭等基地，与美国科学家一起研制原子弹。

原子弹的一个重要问题是如何触发它。在科南特的建议下，美国防卫研究委员会于1943年派出了美国军队中最优秀的爆炸专家之一——基斯塔科夫斯基到洛斯阿拉莫斯从事这方面的研究。最简单的触发办法是，把一个高于临界质量的球形裂变材料分为两块，在发射时利用普通枪机触发装在一个半球后面的普通炸药，炸药的推力在一个方向把一个半球推至与另一个半球相合。裂变材料中一般存在着自发裂变，如果推合时间大大小于自发裂变引起的链式反应的时间，使裂变材料在飞散前达到临界质量，原子弹就会发生爆炸。

来自华盛顿大学的物理学家尼德迈耶曾提出了一个向心爆炸的方案：把不同性质的炸药放在球形裂变材料外部的不同点上，炸药爆炸时，会类似透镜聚焦一样，产生一种向心力，它可以缩小触发时间，延长裂变材料的约束时间。由于枪机触发是成熟的技术，也能满足铀弹的要求，向心法没有能被列入紧急项目，只有尼德迈耶、基斯塔科夫斯基等人坚持小规模地研究。

1944年初，西博格等人发现从铀反应堆生产出来的钚—239，因含有少量的钚—240而有着比铀材料更大的自发裂变本底，它能使材料的链式反应时间常数小于普通枪机的触发时间，其后果是钚弹的裂变材料很可能在发生爆炸以前被气化掉，因而大大地减少甚至消除原子弹的威力。将钚—239从钚—240中分离出来面临的困难，将比分离铀—235的困难更大。这一突如其来的问题有可能使整个原子计划前功尽弃。尼德迈耶大胆地提出用他的向心法来触发钚弹。贝特在理论上估计这种方案是行得通的。

在广泛地听取了各种不同意见后，奥本海默果断地决定，立即采用这个方案，这才使得在美国原子弹研究中占有重要地位的钚弹计划起死回生。

氢弹原理的突破

苏联第一颗原子弹的爆炸成功，对美国的科学家与官方人士来说，都是骇人听闻和出乎意料的事件。在此之前，美国官方认为苏联如果完全依靠自己的力量研制原子弹，可能需要15～20年。美国科学家虽然认为苏联有一流的科学家，如果全力以赴工作的话，需要的时间可能会缩短，但他们又认为这种可能性很小，对原子弹的国际控制协议有可能在苏联原子弹出现以前实现。

事实已经很清楚，美国的核垄断被打破了。美国原子能委员会的一些军方代表，如施特劳斯等人，提出了加速研制“超级”原子弹——氢弹的问题。

关于氢弹结构的具体细节，各个核国家至今仍然严格保密。氢弹的设计与制造要比原子弹复杂得多。下面我们就简要地介绍一下氢弹原理突破的具体过程。

在20世纪20年代，大多数物理学家都认为原子是由质子和电子组成的。中子被发现后，人们又相信原子核是由一定数量的质子和中子组成的。但实验表明，一些轻原子核的质量并不完全是质子和中子质量的整倍数，而是小一些。根据爱因斯坦著名的质量能量转换公式，原子核质量的这种微小减少意味着，如果能设法用像氢核这样的小原子核合成更大的核的话，那么小核子在合成过程中将会以损失部分质量为代价，放出巨大的能量。一些想像力丰富的物理学家猜测，这可能是行星巨大能量的来源，甚至有人试图用正处于发展过程中的量子力学去定量地计算这个富有挑战性的问题。伽莫夫就是其中之一。

伽莫夫原籍苏联。他在20世纪20年代时就与英国、德国等西方物理学家有很密切的联系，对行星能量采源问题发生了很大的兴趣，并且在20年代末为行星的内部运动勾画出一幅大致的图像：行星的内部处于极高温的状态，元素以离子状态存在着，小的原子核在热运动帮助下克服了静电的排斥力，相互碰撞聚合成大的原子核，同时也放出巨大的能量。这就是现代科学中的核聚变过程。

伽莫夫这种理论模型的实验根据全部来自于天文观测，当时没有人梦想人们有朝一日能够在地球上得到这种高温，从而实现核聚变反应。

1933年，伽莫夫离开苏联来到欧洲，继续从事核反应的理论研究。美国华盛顿州的乔治·华盛顿大学想聘请他去工作，他也希望能建立一个专门研究核聚变和行星问题的研究中心，于是就以此作为他应聘的条件。乔治·华盛顿大学接受了他提出的条件，伽莫夫便于1934年来到了美国。他上任后立即开始网罗人才，进行这方面的研究。泰勒就是在这种背景下去美国的。1935年8月，泰勒应伽莫夫的邀请，来到美国乔治·华盛顿大学，担任理论物理学教授。

伽莫夫认为，首先应该搞清楚热核反应研究的困难，找到努力的方向。他于1938年春组织了一个专门讨论热核反应的讨论会，希望借此机会唤起美国物理学家对热核反应的兴趣。会议正像伽莫夫预计的那样，没有得到明确的结论，但热烈的讨论给了大家以推动和启示。德国核物理学家贝特在会议后短短的几个月内，就为行星的热核反应建立了一个很具体的、令人信服的模型。

贝特系统地研究了物理学家们以前提出的各种热核反应模型，收集和分析了大量有关太阳光谱、天文观测和核物理实验的数据，在此基础上提出了自己的新见解。在他的行星热核反应模型中，四个氢核经过所谓“碳循环”合成一个氦核。在这种核子的重新组合过程中，将有0.7%的质量被转化成各种形式的能量。正是它使太阳光芒四射，为人类提供了无限光明。根据贝特的计算，一些行星的内部温度能高达摄氏2000万度。根据热力学定律，每个原子核的平均动能超过1700电子伏特，由于原子核在这种热平衡状态下不会因碰撞等原因而损失能量，一些原子核将拥有足够的动能去克服原子核之间的静电势，从而实现核聚变反应。贝特假设在行星的内部存在着一些特殊性质的力，阻止了大多数聚变中放出的光量子逃出行星。简单地说，一个辐射量子在“诞生”后平均运动几个毫米就会被吸收掉，吸收辐射量子后的原子核又会放出一个方向无规的新辐射量子。由于这个原因，一个辐射量子要经过1万年的时间才能从太阳的中心“扩散”到太阳的边缘，整个太阳就像一个不透明体，其边缘的温度将大大地小于其中心的温度。贝特计算出太阳的中心温度为摄氏1700万度，太阳的表面温度仅为摄氏6000度，很小的核反应率和极小的辐射量子逃出比率，使得太阳在10亿年中才将1%的氢转化成氦，损失了微乎其微的质量。

贝特的计算和天文观测符合得很好。他指出，人们在地球上不可能得到这样高的温度。即使能使一些原子核发生热核聚变反应，由于反应产生的能量会立即扩散，反应只能维持几个毫秒时间，这只能是爆炸性的反应。由于处于非平衡状态下的原子核在实现核聚变反应前会因碰撞而损失能量，聚变反应所需的温度要比行星中缓慢地进行的反应所需的温度高得多。

一年之后，原子核裂变的研究转移了许多核物理学家的注意力和工作方向，美国的物理学家很快就卷入了旨在军事应用的核裂变研究和原子弹的研制工作。贝特的全部精力都集中到有关原子弹的理论计算上，没有功夫顾及热核反应。泰勒却溶深地被贝特的模型所吸引，幻想能在地球上模拟太阳的内部情况，实现热核反应，使人类可以从取之不尽、用之不竭的水中获得动力和能量。

从1941年起，泰勒就在哥伦比亚大学协助费米研究核裂变。1942年初，费米在反应堆研究上取得了原来预计到的进展，他确信原子弹会成功，对泰勒说：“我们现在在原子弹的研制上看到了很乐观的前景，这种核爆炸能否用来触发类似于在太阳中进行的那种反应呢？”泰勒立即认真地研究了这个问题。哥伦比亚大学的物理学家尤里不久前刚发现氢的同位素氘，它比普通的氢多一个中子，在原理上更容易发生聚变反应。于是，泰勒将氘用在他的计算中。由于没有找到合适的模型和缺乏足够的实验数据，泰勒从几个星期的计算中得到了否定的结果，即原子弹爆炸产生的高温不足以触发氢或者氘核的聚变。

1942年春，泰勒应奥本海默和康普顿之邀去芝加哥大学金属实验室和加州大学伯克利分校讨论原子弹的理论问题。在芝加哥，泰勒遇到了另一位热衷于热核聚变反应的物理学家科诺宾斯基。他们合作计算后发现，氘核的聚变反应很可能被原子弹爆炸所产生的高温触发。科诺宾斯基还提出，可以用氢的另一种同位素氚作聚变材料。贝特在与他们讨论时指出，这是降低热核聚变反应所需温度的有效办法。

1942年夏，奥本海默在伯克利组织了一个有关快中子和原子弹理论讨论会，泰勒在会上兴奋地向大家报告了他们的讨论结果。由于地球上存在着大量的水等含氢物质，奥本海默很担心原子弹爆炸时会触发它们的聚变反应，导致地球的毁灭。他曾专程去密歇根找康普顿讨论了这一可能的危险。

在洛斯阿拉莫斯的初期，奥本海默为了搞清聚变反应的原理和原子弹产生的次级粒子和高温对氢同位素的影响，优先安排了有关聚变的实验，如测量氚的性质，泰勒也埋头于这方面的理论工作。不久之后，由于研制原子弹的任务日益繁重，时间日益紧迫，因此洛斯阿拉莫斯在热核聚变方面的工作被迫停顿下来了。

广岛事件不仅给世界和平带来了阴影，也从心理上挫伤了参加并主持核研究的物理学家，很多人再也不愿意去研究那些威力比原子弹更大的新武器了。对热核聚变反应有很重要见解的贝特和费米，都急于返回到大学的教室和实验室，奥本海默不久后也离开了洛斯阿拉莫斯。在奥本海默的提议下，物理学家布雷德伯里接任洛斯阿拉莫斯实验室主任。实验室一方面继续改进和完善原子弹，另一方面开始向基础科学研究、特别是核物理和高能物理转变。

这时氢弹在技术上的前景也是很暗淡的。贝特估计，即使是用氘和氚作聚变材料，热核聚变反应所需的触发温度也要在摄氏1亿度以上，而美国在广岛投下的原子弹爆炸所产生的最高中心温度才达到摄氏5000万度。1945年11月，贝特在美国参议院原子能特别委员会作证时说，尽管氢弹可以成为核聚变的一个实际应用，但最重要的是要产生其温度比太阳中心温度高得多的热源，这在目前是难以做到的。

一直致力于揭开热核聚变秘密、模拟太阳内部情况的泰勒认为，现在是开展氢弹研究的好时机。他呼吁：“实际上没有根据将我们的注意力只放在现有的原子弹上，它只是首次尝试的结果。……在原子弹这样新的领域里，我们应对新的惊人发展有所准备。”他指出，物理学家们的努力可使我们对氢弹的认识逐步清晰，并走原子弹走过的同样的道路。泰勒提出，如果洛斯阿拉莫斯实验室同意他的氢弹研究计划，他可以留下来担任理论部主任。布雷德伯里则认为，原子弹是在战争情况下研制出来的，尚未真正成为一件可信赖的实用武器，美国国防需要的是完善后的原子弹。因此，他不想将日益减少的人力物力投到前途尚很暗淡的氢弹研究方面。

布雷德伯里很希望泰勒能够担任贝特原来的职务——理论小组负责人，他们二人之间进行了一次极不友好的谈话。泰勒用他所常用的那种咄咄逼人的口吻说：“我还得看一看，什么更好些，究竟是试验十几个普通的原子弹呢，还是致力于热核问题的全面研究！”

布雷德伯里也没好气地回答说：“很遗憾，这个问题正像您应该知道的那样，是不在讨论范围以内的。”

于是，泰勒拒绝了他的邀请，回到芝加哥大学，一边从事教学和培养研究生，一边继续进行氢弹的研究。

1946年，奥地利物理学家瑟林从基础物理学研究出发，探讨了氢弹的问题，并把其结论发表在一份科普杂志上。瑟林在文章中首先追述了用人工实现粒子之间的相互作用问题，分析了热核聚变反应所需要的条件，特别是能量和温度。他将可能的核聚变反应分成三类：

氘—氘反应。把氘放在钚弹的外围，钚弹爆炸后的碎片带有1亿电子伏特的能量，它们在出射过程中可能会与氘碰撞而传递一部分能量给氘，后者将通过氘—氘反应产生氦核和一个中子，同时释放出300万电子伏特左右的能量。

钚—氘弹。将钚与氘混合在一起，氘有很大的机会与裂变碎片直接碰撞；聚变反应的几率因此而增大。这种炸弹的困难很难将原料的临界体积减小，将核反应维持在一定的时间内，从而限制和减小了核弹的威力和效率。

锂—氢弹。锂的原子量为7，原子序数为3。在几百万度的高温下，锂核会与氢核发生作用产生一个质量数为8、电荷数为4的中间核，这个中间核立即会衰变成两个氦核，同时放出1700万电子伏特的能量。锂和氢都是可以在工业规模上生产的，它将使氢弹的造价降低，而它的单位质量的爆炸力将比原子弹大1000倍。瑟林想像将触发热核聚变反应的原子弹做成一个中空球壳，聚变材料放在它的中心，原子弹爆炸时产生的高温将足够触发氢弹的爆炸。瑟林认为它将是氢弹研究的方向和希望。

瑟林的目的本来在于介绍物理学的新发展，但就是这个粗略的讨论却很正确地指出了氢弹的发展方向。

中国的核武器

20世纪50年代初，刚刚从战争的废墟中站起来的中国人民渴望和平地建设自己的家园，但极其严峻的形势也摆到了年轻的共和国面前：一方面，人民政府接收的是一个旧中国遗留下来的烂摊子，科技与经济十分落后，百废待兴；另一方面，帝国主义不甘心其侵略政策在中国的彻底失败，除了在经济技术上对新中国进行全面封锁外，还在军事上严重地威胁着我国的安全。1950年6月，美国发动了侵略朝鲜的战争，并且不顾中国政府的严重警告，把战火烧到鸭绿江边。6月27日，美国又悍然宣布派第七舰队侵入台湾海峡，武装侵略中国领土台湾。美国依仗手中的核武器，横行霸道。有的好战分子甚至叫嚣要对中国发动核战争，进行核恐吓。

在手持核武器的帝国主义面前，中国人民深深懂得，要反对核战争，粉碎核讹诈，保卫祖国安全，维护世界和平，中国就一定要有强大的国防，一定要有自己的核武器。但是，旧中国在原子能方面只有为数不多的科学家在专门研究机构中从事研究工作。中国的核武器研制工作的起步异常艰难。

1946年，由于物理学家严济慈、钱三强的推荐，在法国国立科学研究中心的资助下，在上海中法大学镭学研究所工作的放射化学家杨承宗，进入了著名的法国巴黎大学镭学研究所，师从约里奥·居里夫人深造放射化学。解放初期，周恩来号召国外留学生回国参加祖国建设。杨承宗正好完成学业，两次拍电报给先期回国的物理学家钱三强，要求回国，报效生他养他的祖国，实现自己崇高的理想。临行前，约里奥·居里先生对他说：“你回去告诉毛泽东，你们要反对原子弹，就必须有自己的原子弹。原子弹也并不是那么可怕，原子弹的基本原理也不是美国人发明的。”约里奥·居里的话语不多，但充满了鼓舞的力量。他相信自己的学生，也相信中国可以而且一定会制造出原子弹。约里奥·居里夫人还将亲手制作的10克含微量镭盐的标准源送给杨承宗，在核研究方面给予中国具体的帮助。

1955年初，中国发展原子能事业的决策工作开始了。周恩来约见钱三强、李四光和刘杰等人，详细询问了中国核科学的研究人员和设备、资源等情况，还向他们了解发展核能技术所需要的条件等。

政治局经过讨论，通过了原子能发展计划，代号为“02”。

1949年11月1日，南京中央研究院与北平研究院合并，成立了中国科学院，中国政府邀请海内外华人科学家帮助创建现代化的科研机构。科学院以外的一些学术团体，如中国物理学会，也积极参加研究工作。该学会约有570名成员，其中包括10名积极从事核科技研究的科学家，他们是钱三强、王淦昌、彭桓武、何泽慧、赵忠尧、邓稼先、朱洪元、杨澄中、杨承宗、戴传曾。在以后的几年里，一些在国外学习、工作的科学家，如张文裕、汪德昭、王承书、李整武、谢家麟等也陆续回到祖国；还有原来分散在各高校工作的朱光亚、胡济民、虞福春、卢鹤绂、吴征铠、周光召等都被组织起来了。

1950年上半年，中国科学院重新组建其下属的各研究所，新成立了一些，研究机构，近代物理研究所就是其中之一，吴有训、钱三强分别担任该研究所的所长和副所长。6月，这些学术带头人决定重点开展原子核研究。中国政府也要求外交部有选择地邀请一些外国专家访问中国，帮助中国进行建设，其中包括科学技术现代化建设。在以后的几年里，核物理研究继续被列为国家的研究重点，并支持近代物理研究所从事这一领域的研究工作。同时，加速培养这方面的专门人才，逐步形成一支比较强大的骨干队伍。

同年，经周恩来同苏联驻华大使尤金多次谈判，苏联政府正式通知中国政府，在和平利用原子能方面提供一座7000千瓦的重水型实验反应堆和直径为1.2米的回旋加速器，并接受科学技术人员去苏联实习。

1956年4月，周恩来对当时担任军委总干部部第一副部长的宋任穷说，要从军队里调一个中央委员出来加强地质战线。宋任穷思考了两天，毛遂自荐，对周恩来说：“就把我调出来吧。”周恩来在1956年7月向中央作的《关于原子能建设问题》的报告中，提出成立“原子能事业部”的建议。毛泽东同意周恩来的意见。1956年11月，国务院正式提交一届人大常委会议通过，决定成立第三机械工业部（1958年2月改为第二机械工业部），任命宋任穷为部长，副部长是刘杰、刘伟、雷荣天、钱三强，后来又增加了袁成隆。

从此之后，中国的原子能发展事业正式踏上了征途。

五十年代末和六十年代初，由于中苏关系破裂，中国“大跃进”政策失误和国内自然灾害的影响，国民经济进入严重困难时期，尖端武器的研制该“下马”还是“上马”的议论越来越多，越来越公开化。有人认为，国家处于特别困难的时期，肚子都填不饱，就不要花那么多钱去搞一时看不见摸不着的尖端武器了，原子弹、导弹的研制工作应该停止。有人认为，原子弹、导弹应该搞，但是国家现在太困准，尖端武器的研制工作应该放慢速度。

陈毅说：“即使当了裤子，也要把原子弹搞出来。”

中央专委在周恩来主持下，3年内召开9次会议，卓有成效地组织了原子弹、导弹研制工作中的协作攻关等问题。

为了给我国第一颗原子弹起一个代号，物理学家朱光亚提议并经核武器研究所所长李觉同意，把苏联来信拒绝提供原子弹教学模型和图纸资料的日期——1959年6月，作为我国第一颗原子弹的代号，即“596”。

中国研制核武器胜利在望，少数大国为了保持核垄断的地位，不愿看到中国拥有核武器，想方设法进行阻挠和破坏。

在美、英、苏三国联合遏制中国进行核试验的大背景下，中国的科技专家们努力工作，发愤图强，在核武器的研究方面取得了一系列重大的突破。到1964年夏天，我国终于全面突破了原子弹技术难关，取得了原子弹研制方面的巨大成就。

可疑的设施是一个能够在两个月内投入使用的核试验基地。”根据这一情报，美国国务卿腊斯克发表了一个特别声明：“中国将在最近进行一次核爆炸试验。”美国的情报虽然准确，但它是无法阻挡住中国进行核试验的步伐的。

1964年8月初，中国第一颗原子弹开始总装。

9月1日，核试验预演结束。当时传来消息，国外可能有人正在策划对中国的核设施进行破坏，以阻止中国掌握核武器。这样，何时爆炸中国第一颗原子弹，便更加紧迫地提到中共中央和中央专委会的议事日程上来。为此，周恩来于16、17日两天主持召开中央专委会第九次会议，听取张爱萍、刘西尧关于原子弹预演情况的汇报，综合分析国际形势，慎重研究正式试验的时机。周恩来综合大家意见，提出两个方案：一是早试，将在本月下旬下决心；一是晚试，先抓三线研制基地的建设，选择机会再试。他说：“我们要设想一下原子弹炸响后的情况，再决定爆炸试验的时间，国庆前下决心。”周恩来本人倾向于早试。无论早试还是晚试，准备工作不能有丝毫松懈。至于核试验的具体时间，待报请中共中央政治局常委和毛，泽东做最后决定。

9月21日，周恩来致信毛泽东，请示爆炸的时间。当晚，毛泽东在信上批示：“已阅，拟即办。”

9月22日，周恩来在毛泽东、刘少奇等参加的中共中央政治局常委扩大会议上汇报了首次核试验的准备工作和中央专委会的试验方案。会议做出了早试的明确决定。

9月23日，周恩来召集贺龙、陈毅、张爱萍、刘杰、刘西尧等开会，传达中共中央政治局常委扩大会议的决定。他兴奋地向大家说：我向毛主席和少奇等同志作了汇报，他们同意第一方案。原子弹的确是吓人的，主席更大的战略想法是，既然是吓人的，就早响。这样，任务更重了，不是更轻了。试验的时间看来需在20天以后了。10月有4次好天气，中旬可能赶上也可能赶不上，还有下旬一次；11月上旬还有一次，到11月下旬就不好了。要把风向、放射性微尘飞散距离详细计算，搞出资料。原子弹响了，影响就大了。万一不响；后果如何，还要找参加核试验的专家进行专门研究。

周恩来还指出，为了防备敌人万一进行破坏，由总参谋部和空军研究，做出严密的防空部署；由刘杰负责组织关键技术资料、仪器设备的安全转移；由陈毅组织外交部进行对外宣传工作的准备；张爱萍、刘西尧赶赴试验现场组织指挥；除我和贺龙、罗瑞卿亲自抓以外，刘杰在北京主持由二机部、国防科委组成的联合办公室，负责北京，与试验场的联络；要规定一些暗语、密码。他还郑重地叮嘱：“一定要保护好我们自己的专家，东西要转移保存下一部分。不是破釜沉舟，一锤子买卖。”

尽管进行了这样周到细致的准备，但仍有相当的风险。万一试验失败，消息泄露，将造成不利影响。为了绝对保守原子弹试验的秘密，周恩来对与会人员规定了严格的保密纪律。他说：“希望你们对家里人也不说，不要一高兴就说出去。邓颖超同志是老党员、中央委员，不该说的我不向她说。任何人不该知道的，不要知道。”他还对后到会的陈毅说：“你可不能讲啊！”陈毅知道周恩来是提醒他在以外长身份接待外宾时不能说了出去。他操着四川口音爽快地回答：“我不讲哇！”

张爱萍和刘西尧返回西北核试验现场，将周恩来的指示传达给现场上万人员。周恩来以身作则的表率行为，使大家受到深刻的教育，有效地保证了第一次核试验没有发生一起泄密事件。

根据气象情况，周恩来将核爆炸的零时选定为1964年10月16日巧时，并得到了毛泽东的批准。当基地的人们知道这个确切的时间后，他们想起了一个有趣的故事。

基地有一个姓杨的技术员，在1964年10月1日国庆节的前一天晚上做了一个梦。当他醒来后，冲出帐篷；大喊道：“党中央已经审定通过爆炸时间了！”当别人问他是怎么回事时，他激动地喊着：“我梦见党中央已经确定了爆炸时间，它包括3个‘十五’。”

当时无人能说得清楚，这3个“十五”究竟代表什么意思。现在这个梦有了比较能够自圆其说的解释：第一个“十五”表示中华人民共和国成立15周年；第二个“十五”表示从10月1日起往后数15天即10月16日；第三个“十五”表示原子弹将在那天的15时爆炸。

也许是纯属巧合，也许是后人的编排。不管这个梦是真是假，它已经成为中国核武器发展史上的一段趣话了。

10月14日13时，原子弹静卧在铁塔上那个纯金属构造的银灰色小屋里。这个铁塔由8467个构件组成，高102米，重70吨，在耀眼的金色阳光辉映下，傲然挺立。

10月15日15时，有关技术人员完成了原子弹核心部件的装配和几道关键的工序。现场总指挥张爱萍带领技术人员作最后一次检查。离开铁塔时，他有点恋恋不舍，便取下相机，想拍张照片留念，但又考虑到现场不准个人拍照，自己不能违例，他就没有拍照，没有留下自己在那伟大的历史时刻的身影。当将军后来回顾当时的情景时，仍然感到有点遗憾。

围着铁塔，在约60公里的范围内，呈放射状地摆列着近百项效应工程和实物：飞机、军舰、大炮、坦克、装甲车、桥梁、铁路、战时工事和民用楼房，还有马、狗、猴于、老鼠、种子以及各种测试仪器设备等。真像一个大干世界，应有尽有。

罗布泊戎装待命，静候震撼世界的庄严时刻。

10月16日凌晨6时30分，一切不必要留下来的人员撤离现场。现场指挥所设在离爆心23公里外的孔雀河畔的山坡——“721”高地，指挥这次具有历史意义的核试验。

下午，李觉、张蕴钰和两位工程师最后一次来到塔上，安装了电引线，做了最后一次检查。当他们在离爆炸零时前50分钟回到地面时，周围的人们关心地询问他们为什么比预定的时间晚下来4、5分钟，李觉回答：“我一定要亲自确认没有任何的差错。”

接着，他们撤离到现场指挥所，李觉把塔的也控装置的钥匙交给了控制室的领导。采取这一安全措施，是为了保证原子弹不能被爆炸塔附近的任何人引爆。这也是爆炸前最后时刻的一个检查环节。

总指挥部的电话全天24小时与北京总理办公室的电话接通，张爱萍最后一次报告说：“总理，安装工作已经结束，一切顺利，请指示。”

周恩来平静地说：“预祝你们成功！”

张爱萍发出最后指令。

在主操纵员读秒到达零时，“起爆”命令发出的一瞬间，只见罗布泊大漠深处出现一道红色的强烈闪光；紧接着，腾空而起一个巨大的火球，犹如出现第二个太阳，天空和大地被照得一片通红；爆炸形成的蘑菇云不断上升扩张；稍后，一阵惊天动地的巨响震耳欲聋，好像要把苍穹撕裂似的。

这时，试验现场欢声雷动，全体参试人员激动万分，热泪盈眶，互致祝贺。

15时4分，张爱萍眼望高耸蓝天的蘑菇云，问王淦昌：“这是一次核爆炸吗？”

王淦昌肯定地回答：“是的！”

然后，张爱萍给北京的二机部打电话：“请找刘杰同志。”

在二机部原子弹试验办公室里，刘杰正和几名干部焦急地等待着。电话铃突然响了，接电话的同志太紧张了，以至把话筒掉到了桌子上。刘杰一把捡起来，听到张爱萍激动的声音：“请报告周总理和毛主席，我们的第一颗原子弹爆炸了！”

“再说一遍。”

“原子弹爆炸了，已经看到了蘑菇云！”

“我马上报告！”接着，刘杰抓起了专用电话：“我是刘杰，请周总理讲话！”

“我是周恩来！”

“总理，张爱萍同志从试验基地打来了电话，原子弹已经爆炸了，看到了蘑菇云！”

“好，我马上报告毛主席。”

几分钟后，周恩来给刘杰回电话：“毛主席指示我们，一定要搞清是不是核爆炸，要让外国人相信！”

刘杰立刻把毛泽东的指示传达给张爱萍。张爱萍回答说，这确实是一次核爆炸，这一点已经被充分证明了。

这时，刘杰不由自主地开始抖动，他又给周恩来打了电话：“我们的第一颗原子弹已经爆炸成功。这是一次成功的核试验！请党中央和毛主席放心。”

张爱萍向周恩来报告后，随即赶赴爆区，检查爆后的各种效应情况。两个多小时后，张爱萍、刘西尧等签发一份经多方专家认定的关于原子弹成功爆炸的报告，将它电告毛泽东、周恩来、林彪、贺龙、罗瑞卿：确实实现了核爆炸，威力估计在2万吨TNT当量以上。

张爱萍这位儒将诗兴大发，怀着喜悦的心情，欣然吟出《清平乐·我国首次原子弹爆炸成功》一词：

东风起舞，壮士千军鼓。

苦斗百年今复主，矢志英雄伏虎。

霞光喷射云空，腾起万丈长龙。

春雷震惊寰宇，人间天上欢隆。

是啊，这一欢隆的历史时刻终于来到了！

1964年10月16日傍晚5时，周恩来陪同毛泽东、刘少奇、朱德、邓小平、董必武、彭真、李富春等党和国家领导人，在人民大会堂接见3000多名大型音乐舞蹈史诗《东方红》的演职人员。他满面春风地向大家宣布：“同志们，毛主席让我告诉大家一个好消息，我们的第一颗原子弹爆炸成功了！”

中国第一颗原子弹爆炸成功，在国内外引起了强烈反响。在国内，中国人民充满了民族自豪感，对国防力量的增强欢欣鼓舞；在国外，友好国家和团体认为，中国有了原子弹，显示了自力更生的威力，是亚洲历史上的一个辉煌功绩。

矛盾与评估

在西方，特别是在核发电量最大的美国，围绕要不要发展核电的问题，展开过旷日持久的几乎是全民的大辩论。双方各有利益背景，当然也有站在中间纯技术立场上的，其观点各具特色。我们还是先把各种有代表性的意见摆出来，最好不要加进主观的褒贬，让大家从中领略二番美国人有关核辩论的概况，也许还能由彼及此，思考一下我们身边已经发生的或将来有可能发生的事情。

自从海军上将里科弗1954年发起建造世界上第一艘核潜艇，后来在北极冰下成功地航行以后，他又将潜艇上的小型反应堆按比例放大，建成了世界的第一座可输进电网的核电站，核能的商用价值便得到了确认。

1963年在新泽西州建立起51.5万千瓦的核电站。经济分析表明，核电最便宜，从而1965年出现核能在市场上一窝蜂地上马的局面。

因此，60～70年代是美国核能蓬勃发展的时期。70年代初，有人针对这种情况开始担起心来。他们假定100年后全世界都用核能，那么约需3000个“核公园”；按每园8个反应堆计，遍布世界的24000个反应堆是安全保障的一大问题。

人们提出一系列政治性的疑问：这些“核公园”分布的国家主权和管辖权如何呢？难道一国会允许邻国不采取严密的防范措施就建造这样的核电站吗？任何微小的疏忽都会给邻国的土地和人民带来千百万年的毒害。谁能确保核电站的安全？

有人还提出技术上如何处理热污染问题：电力生产高度集中的“核公园”不仅把大量的废热置入水中，而且会造成大面积的“热岛”。

虽然那些真正需要能源的州赞同修建核电站，但几乎所有的州都反对在本州境内处理核废料。20世纪70年代末期，各州的这种观点就已很明确。1980年，17个州反对美国联邦能源部提出的一个报告，该报告提出了一些适宜处理核废料的地点。

由于核废料问题涉及到各州的切身利益，它们劝阻联邦政府不要采取单方面行动。

核废料的运输，这也是一个麻烦问题。

与20世纪50年代的情况相反，核能在大学校内不受欢迎，而且由于它的前途不稳定，使很多学生不敢进入这个领域。1980年，获得核子工程学学士学位的学生人数下降19%，硕士学位的人数财下降10%。这些情况的出现是从1979年3月28日三里岛核电站发生事故后开始的。

至1979年，在美国已有72座领有执照的核电反应堆在运转。全世界具规模经济的核能的良好安全记录是其他任何能源工业无法相比拟的。在竞争剧烈的地方，新事物往往是要经受各种非议和挑剔的。

三里岛发生的一次并未为外界觉察的事故，使核能的命运开始不妙起来。

当宣传媒介知道这一事故以后，反核活动分子耸人听闻地对核能大加挞伐。

从此出现了两极分化的核能政治。

一方面是亲核分子低估低度辐射的危险的倾向，他们担心公众因对辐射危害的惊恐而拒绝使用核能，或者为避免增加防护措施的花费，夸张它的优点，而掩盖其缺点。

另一方面是反核分子，夸张低度辐射的危险性，夸张核电站意外事故的严重性，对所有将来的核能发展计划都持否定态度，而没有认识到其他能源的不良后果。

劳伦斯研究所一副所长认为：“所有对某种能源最经济的学院式辩论都是没有用的。”

美国核协会环境科学部主任则说：“普通民众受不负责任的新闻工作人员所操纵。其实，在辐射方面来来说，我们必须认识到130×1016致癌可能性，危害是极其微小的。”

“氢弹之父”泰勒博士也出来说话：“工业用反应堆非常安全，我们目前仍不知道在美国有任何人的健康曾被这种反应堆的核部分所伤害。”

在美国的有关核能的辩论中，比较实质性的争论焦点核废料处理问题。

有些人反对建立核废料处理场所，也不希望高或低辐射废物经过他们的街道或储存在他们居住地的附近地方。核电站每年有1/3的堆芯或约30吨的核废料必须更换及处理。而现在这些用过的燃料捧，只能堆积在各核电站所在地。

有人怀疑：高放射废料在几万年内都是个难题。钚的半衰期2.4万年，因此需要50万年才会变成无害。任何人造结构物在时常变动的社会结构与战争、革命及社会动乱的变迁中，能将高放射废料隔离几万年吗？

但美国政府与工业界的科学家则十分坦然，认为核废料可以贮存于地层结构下，如盐矿层或花岗岩层中。这些结构在经过亿万年以后仍保持非常稳定的状态，远长于高放废料的生命期。例如，在美国西南部有盐矿的存在，就足以很好地证明它们自恐龙时代以来一直没有受地下水的影响。（因为水很容易将盐溶解），而地下水可将辐射产物带回生态环境。这些盐层是在亿万年以前远古的海洋干涸时形成的。因此作为核废料的贮存所是很安全的。

另外，对废物本身的处理法如采用玻璃融封罐是否可靠，人们也提出了怀疑：剩余辐射的放热反应可能会分解玻璃。有人则认为这不是个问题，因为盐有高传导系数，它们可将罐内废物产生的热很快传导扩散出去。

不论处理核废料问题是技术问题还是政治问题，在美国正式开辟一个永久废料储存场所前，这场争论不会有完结。但有些专家则认为，实施计划酌主要绊脚石，是政治上的而非技术上的障碍，他们断定核废料可与生态环境隔离几十万年而不会产生危害。

他们提出一个论据，认为自然界已经为我们提供了一个例子证明辐射废料可在几百万年间不被移动。位于西非加蓬共和国的欧克洛（Oklo）的铀矿核裂变产物，经考证，是远古时代亿万年前自然核反应堆运转的结果。地下永曾将铀矿浸透而将产生的中子减速并形成一个小型的核连锁反应堆。虽然经过漫长的地质年代，已经全变成了核裂变产物，但是大部分放射性核素仍保持未动。这个例子证明，放射性核素在自然界中迁移的可能性有限。

拥护与反对建立核电站两方面争论的结果，促使新建核电站的成本发生急剧变化，因此核能是否经济又重新出现了问题。建设一个核电站，过去在60年代只需要2亿美元，到了20世纪80年代几乎上涨20倍。所以80年代初，核电制造商未收到任何新的订单。这就是外界获悉美国核电“死讯”的原因。

人们十分忧虑。

尽管如此，1980年末的哈里斯民意调查发现，人们对核能的态度是正反两面平衡，赞成及反对者各占47%，其余未定。后来，核能在能源供应上有最高的增长率，比煤高25%，这种大幅度增长的原因在于：核能安全地提供廉价的电力。

虽然反核势力不肯妥协，核能复原的征兆还是在抬头，这正如美国人在估计摒弃核能的后果时指出的：“在未来几十年中，节约能源与采用煤作为代替核能的主要替代晶，两种选择中的任何一种都不便宜。摒弃核能会进一步使美国经济增长减慢，摒弃核能产生的巨额经济损失可能在3000～12000亿美元之间。”

现在，美国已投身于一项新的能源战略，其中包括逐步增加对核能的依赖。前总统布什批准了一项旨在未来10年内大幅度减少美国对石油依赖的能源总体计划，该计划显示出美国在减少“温室”气体，促进核能发展以满足其电力需求的决心。

这一项美国国家能源战略是1991年2月下旬公布的。1985年以来，美国的石油进口量持续稳步上升，当时已占到总消费量的42%。

这一战略，号召节约能源和增加能源生产。为此，

——将精简法规，以加速天然气、石油和水力电厂以及核电厂的建设；

——通过改革核电厂和核废料处置厂址许可证颁发手续，开发“下一代”安全反应堆的新型设计方案，来鼓励更多地利用核能。

这些措施使得核工业界能够通过降低发电成本，增加核电厂的安全性和可靠性来满足电力需求。到2010年，核能发电量将比90年代初规划多10%。

这份战略文件断言：到2030年，美国新增发电量中的大部分可以用清洁而安全的核能来满足。前提是：①原先的核电厂运行寿命延长；②在规划新的发电能力时，能源界的决策人物能再次从技术上、政治上、经济上研究“核电选择”的可行性。

透过布什要求1992年用于核能的研究经费比1991年增加18%、用于节能和可再生能源技术的研究经费增加17%，美国能源专家们看到了实施新能源战略的第一个信号，因而受到了鼓舞。

核安全分析

综合各方面的情况来看，核电是安全和干净的能源。

被有些人描绘得十分可怕的放射性危害，说穿了，真是微乎其微。核电站附近的居民每年所受放射性剂量只有0.3毫雷姆。如果要给大家一个感性上的对比，那么一个人若抽1枝烟的话，就相当于吸收5毫雷姆，透视一次X光所受的放射性剂量是20～100毫雷姆，坐一小时飞机所受的放射性剂量是0.5毫雷姆。从这些数字就充分说明，把核电站的放射性危害视若洪水猛兽，是不必要的。

我们在前面指出煤炭作为能源的缺点，并不是想在目前就取消这种传统能源。相反，现阶段煤炭仍是包括中国在内的世界的主要能源之一；中国在制订技术政策时，还需要确定大力建设以山西为中心的煤炭能源基地。但是，在必须发展核能的地方和时候，科学工作者就要不失时机地为决策提供科学的论证。

核电的各种材料来源中，虽然也有类似煤炭在生产中出现的对环境的危害，可是由于核燃料的能量高度密集，使其危害的范围要小得多，人们对此综合地作过考察。1982年瑞士由于使用核电站，全国的整个能源系统排放C02减少了1/4左右。

但目前当我们在选择电站时，听到的对燃煤火电的指责远少于考虑核电时遭到的非难，这是人们受传统观念束缚的一个具体反映。

现在，我们就要比较深入地分析一下核电的安全性能，并且要在同其他能源系统作比较以后进行综合评价。

核电的安全性究竟怎样呢？为了解决这个问题，有些国家的核电站对外开放，组织人们参观。实际情况说明，核电不但是安全的，而且它的危险性比其他许多能源都小。

核电站反应堆的核装料部分决不会发生原子弹那种爆炸，它的潜在危险是强放射性裂变产物的泄漏，造成对周围环境的污染。

原子弹是由高浓度的（大于93%）裂变物质铀—235或钚—239和复杂而精密的引爆系统所组成。通过引爆系统把裂变物质压紧在一起，达到超临界体积，于是瞬时形成剧烈的不受控制的链式裂变反应，在极短时间内，释放了巨大的核能，产生了核爆炸。而反应堆的结构和特性与原子弹完全不同。反应堆大都采用低浓度裂变物质作燃料，而且这些燃料都分散布置在反应堆内，在任何情况下，都不能像原子弹那样把燃料压紧在一起而发生核爆炸。而且，反应堆还有各种安全控制手段，来实现受控的链式裂变反应。在设计上总是使反应堆具有自稳定特性，即当核能意外释放太快，堆芯温度上升太高时，链式裂变反应自行减弱乃至停止。因此，在任何情况下，反应堆的核燃料部分决不可能发生原子弹那种核爆炸。

针对核电站的危险，为防止事故的发生，在设计中，采取了种种安全措施，其主要出发点是防止燃料元件的不正常温度升高和阻止裂变产物大量逸散到环境中去。如果能做到这两点，也就保证了核电站的安全。安全的具体措施如下：

（1）为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了四道安全屏障。

第一道屏障是核燃料芯块。

第二道屏障是锆合金包壳管。

第三道屏障是压力容器和封闭的一回路系统。

第四道屏障是安全壳厂房。由于有安全壳厂房的屏障，对厂房外的环境和人员的影响微乎其微。

（2）可靠的控制保护系统。

当反应堆的功率过高，温度上升较快，中子数增加需用的时间太短，冷却剂流量过低时，通过控制系统可迅速实现停堆，或降低功率以免损坏堆芯。还可以采用流量控制、化学补偿和液体毒物来实现控制保护。仪表、信号和控制电路都工作在可靠的状态，对重要的参数，有三套独立的监测控制装置，并按照一定的原则动作。这样既能确保事故停堆，又可避免因仪器故障引起的误动作。

（3）可靠的冷却系统。

该系统可保证反应堆在正常工作状态或发生事故时将燃料发生的热量带走，避免燃料元件烧毁。例如，轻水堆失去冷却水的事故是假想的严重事故。如果管道破裂，其中最严重的情况是一回路最大直径的管道破裂，造成两个断口涌出，致使反应堆失水。堆芯将要烧坏，大量的放射性物质可能释放到安全壳内。此时，反应堆自动紧急停闭，多重安全设施立即起保护作用：其一，由于一回路的压力陡降，应急堆芯冷却系统中的安全注水箱立即自动顶开逆止阀门，向一回路紧急注水，补偿系统中流失的冷却剂；其二，与此同时，应急堆芯冷却系统中的高、低压安全注水泵相继起动，把贮水箱中的水连续注入反应堆一回路，保证堆芯得到水的淹没和冷却。安全壳喷淋泵也同时起动，把水喷入安全壳内，使壳内水汽冷凝，压力下降，放射性物质被水吸收；其三，贮水箱中的水用完后，安全注水泵立即改从安全壳地坑吸水，再循环拄人反应堆，确保长时间冷却需要。耐压的安全壳厂房始终保持严格密封，不使放射性物质泄漏。

核电站的没计和制造标准比常规工业要高得多，并且，为达到这些标准而实施的质量控制和质量保证也要严密得多。核电站甚至以可能性极小的假想的最严重事故作为安全没汁的依据，并加以纵深层层设防，确保安全。核电站是现代科学技术综合发展的产物，它的科学设计、精心制造、可靠的运行和多重安全措施使之发生重大事故的可能性比其他自然或人为灾害（如飞机失事、火灾、地震、水坝决口、飓、风等）要小得多。

究竟哪一种能源系统对人类的健康造成的危险性更大呢？回答这一问题不能只从其大小和外观来看，必须用单位能量所造成的危险——即对人类健康造成的总危险除以该能源系统产生的净能量来衡量。同时，还要考虑到全部能量的循环，如果仅仅计算和比较部分系统造成的危险性是不能说明问题的。

总的危险性是根据该能源系统所引起的死亡、创伤和疾病来评定的，同时要考虑能量生产的全过程，包括开始阶段、中间阶段和最后阶段。例如，对核电站和太阳能收集器，不仅要考虑建造和运行过程的危险性，而且还要考虑开采所需的沙、铜、铁、铀和其他原材料，以及把它们造成玻璃、铜管、核燃料棒、钢材等过程中的危险性，还要考虑运输中的危险性。

将核能、煤、石油和天然气等能源系统生产单位能量所造成的危险性进行比较，可以发现，核电站比烧油或烧煤电站的危险性要低得多。同时，计算结果表明：太阳能、风能、海洋能及木醇等多数非常规能源系统的总危险性比常规能源系统（煤、石油、天然气、水电等）和核电的大。

大11种能源系统中，天然气发电的危险性最低，其次是核电站，第三是非常规的海洋温差发电系统。其他大多数非常规能源系统都有很多的危险性。但所有能源系统中最高的是煤和石油，其危险性大约为天然气的400倍。

非常规能源系统有较大的危险性，是因为它们的单位能量输出需要大量的材料和劳动。太阳能和风能是发散性的能，很微弱，要积聚大量的能量需要相当大的收集系统和贮存系统。而煤、石油及核能系统属于集中形式的能，需要设备不多。天然气需要的材料最少，建造时间也最短，风能需要材料最多，太阳能光电池需要的建造时间最长。非常规能源系统需要大量的材料，这意味着要进行开采、运输、加工和建造等大量的工业活动。而每种工业活动都会造成一定的危险性，把所有危险性加起来，这些非常规能源系统的危险性就相当大了。

与许多人的直觉相反，非常规能源系统，如太阳能和风能发出每单位能量对人类健康的危险性，比常规能源系统（如天然气）和核电站要高得多。

下面将就很多人关心的核电厂运行安全及其管理作一叙述：

运行安全要素分解

从运行的角度来看，核电厂可以分为机组、操纵员、管理层三大部分，其中管理层包括领导和职能部门。管理层同时掌握着机组和操纵员，但是管理层不能直接干预机组的运行，只有操纵员才能改变机组的运行状态，因而形成了三个方面和两个关系：一边是操纵员与机组的关系，即人机接口；另一边是管理层与操纵员的关系，即人人关系。这样，运行安全研究与管理必须综合考虑上述三方面和两个关系。

根据历史经验，运行安全问题主要是人因，操纵员自然是运行安全研究与管理的中心。通俗地说，电厂的一切理应围着操纵员传。与操作员有关的要素有人员选拔考核、初始培训、后续培训、任务分配和奖惩激励，其中任务分配是运行班组内部的人人关系。总的目标是要有一个合格的能胜任的操纵员运行班组。

机组作为电厂实体，为操作员提供运行的物质环境。机组一般要经历设计、制造、施工、安装、调试、维修等几大过程。其中设计制造将赋予机组足够的安全裕度和可靠性，以忍受一定程度的故障和人为差错。在运行阶段，维修是关键点，它保证机组处于设计所规定的正常状况。与运行安全有关的机组要素包括电厂布局、标识、色彩编码、物质条件和清洁度等。同时，还要考虑高温、噪音、电气、化学等对操纵员伤害的。工业安全因素。

管理是操纵员所必需的环境，它与物质环境同等重要。管理就是服务，它包括政策、制度、大纲、计划、协调、保障等六大方面。

在人机接口方面，应当关心的问题有主控室设计（实体布局与环境条件）、辅助诊断手段、模拟机、维修培训设施和运行规程等。

在人人关系方面，应当特别注意的有安全素养培育、管理态度、资源分配、自我学习能力、上下交流渠道等方面。

只有具备了良好的物质环境、管理环境、人事环境，由合格的操纵员掌握，良好的机组才能创造良好的运行记录。

运行安全管理

安全是不能直接管理的，我们只能管理促进安全所必需的电厂条件，其中也包括高层管理人员对安全的态度和承诺，推进全厂的安全素养。

由于核电发展阶段上的原因，以及人力物力智力的，限制，到目前为止核电厂主管和国家核安全局对核电安全的管理侧重于设计和施工，以及操纵员的取证工作，基本上还是静态的局部的。今后，为适应核电厂投运的形势，安全管理应当将机组、操纵员、管理层三方面，人机、人人两关系都管起来，实现有机的全方位管理。

运行安全管理方法与执照审评过程的管理方法是全然不同的。在“是”“非”之间，管理的内容更多的是行政性的而不是技术性的，管理的方法也主要靠对话协商，鼓励业主积极考虑如何改进运行安全。当然，对于严重违章，主管部门仍须辅以一定的制裁措施。

运行安全管理中很重要的一点是，应当设立一定的标准，建立业主表现系统评价大纲，检查业主的管理质量，促进和支持业主建立和维持安全素养。

运行安全问题，只要通过努力，对公众不可信赖的安全性是完全能做到的。

三里岛事故

在没有发生前苏联切尔诺贝利核电事故以前，国外核电站多年运行的情况表明，核设备（包括反应堆主体、燃料元件等）的事故较少，而常规设备（如阀门、泵、蒸汽发生器等非核设备）事故较多。因为对核设备的研制比较重视，例如燃料元件，经过长期的研制后，还在反应雄内外作多种形式的考验，技术上达到了比较成熟的地步。工业上推广的各类核电反应堆的核设备基本上末遇到严重的困难。而常规设备却常出事故，成为核电站停电的主要原因。20世纪60年代初，汽轮机事故曾是核电站的主要事故。20世纪70年代以来，回路设备事故又成为主要因素。如1972年内，美国核电站造成停电事故的主要部件是阀门、泵的轴密封和蒸汽发生器，其中蒸汽发生器的事故占总事故次数的40%，泵和轴密封事故占20%。

美国宾夕法尼亚州，距首都华盛顿往北约莫两个半小时路程，哈里斯堡附近的三里岛核电站（84万千瓦），环境幽美，绿树葱葱，河平如镜。1979年3月28日日凌晨在这里发生了一次较大的事故。少量放射性物质释放出来，许多人暂时疏散或离开了那一地区。新闻宣传工具对这一事故作了详尽的报道，因此在电站的整个地区及其更远的地区引起了恐慌。鉴于这次事故涉及到广大公众利益及对核电站发展的影响，下面需着重叙述一下事故是如何发生的。

三里岛核电站是压水反应堆结构。当时反应堆正在稳定地接近满功率运行，清晨4时，蒸汽发生器给水系统出了点毛病（一台把汽轮机冷凝水送回去的给水泵发生了故障），因此汽轮发电机自动脱扣了，控制棒插入反应堆。反应堆功率下降，至此还没有发生什么事故。三台备用给水泵本应供应必要的给水，可是它们没动，正如事后才搞清楚的，那是一个通往蒸汽发生器的阀门给错误地关闭了。8分钟之后才发现这个错误，打开了阀门，但蒸汽发生器已经烧干了。

因此，一次水冷却剂温度和压力增加，顶开了稳压器上的安全阀。这时，冷却剂就跑到一个称之为骤冷箱的容器里去了，骤冷箱是用来凝结和冷却从反应堆系统内释放出来的物质的。两个小时之后操纵员才搞清楚稳压器安全阀卡住了，一直保持开的状态；因此大量冷却剂被释放出来，最后充满了骤冷箱，冷却剂冲破了箱上的安全膜而流出来。含有放射性的冷却水灌进了安全壳厂房，一直流进疏水坑。同时，反应堆压力继续下降。随后，紧急堆芯冷却系统启动了。高压泵把水补进反应堆容器，根据操纵员的观测，看来稳压器已灌满了水，这样它就不起作用了。因此他们决定关闭紧急冷却系统。后来又停了反应堆主泵。这样严重缺水造成堆芯过热并烧干。

虽然产生功率的裂变已经停止了，裂变产物衰变热仍放出大量余热，流过堆芯的冷却剂流量不足以冷却燃料棒，燃料棒受到某种程度的损坏。大量的放射性，特别是氙、氪之类的气体与碘一道从反应堆释放出来。根据设计，系统的疏水泵自动地把放射性水从安全壳抽进隔壁辅助厂房的贮存罐。贮存罐满了，放射性物质经过过滤器跑到大气中去。在没法把水弄回安全壳的过程中又使一部分放射性物质释放到大气中去了。后来反应堆冷却系统终于又恢复了运行，堆芯温度开始下降。然而，有迹象表明，金属，水反应产生了氢。有人认为在反应堆压力容器顶部形成了一个大气泡，其中的气体有可能发生爆炸。所以，千方百计地干了好几天。以防爆炸。但是这个大气泡是否真的存在也说不清楚。放射性气体跑出来不久，就用装在飞机、卡车和附近固定地点的探测器测量了大气污染情况。最准确的估计是任何人所受的最大可能剂量都小于100毫雷姆。这个数据是根据一个人在厂区边界连续照射了11天这样一个假设计算出来的，而透视一次X光所受的放射性剂量也就是这个量级。

从三里岛事故我们可以得到几点启示。要想找出所有问题的确切起因未必最重要，但我们可以引出许多重要的结论并评价事故可能产生的后果。这次事故是设计考虑不周、设备故障、操纵员误操作等综合原因造成的。设计上本不该让改射性水有可能抽到安全壳外面去，而且任何人都不知道；比外，应设置监测仪器使操纵员充分了解系统的热工水力状态。设备失效主要是稳压器阀门卡住。这次事故中整个设备运行相当好，但阀门、泵和开关存在许多失效事例。这些故章在制造过程中采取更严格的质量控制，在使用时采取更严各的检验保养是可以消除的。操纵员一而再、再而三地误操作，包括关闭了给水管线阀门，对稳压力器的状况判断错误，关闭了紧急冷却系统泵和反应堆冷却泵。

反应堆出事故后，他们立即对空气、水、牛奶、鱼、水果、肉类、土壤、河流沉积物等做了近一万个取样检查试验，并对50英里范围内的200多万居民进行抽查，之后在给总统委员会的一份报告中说：“这次事故没有对人们健康造成大的影响”。1985年9月，宾夕法尼亚卫生部公布的——项调查结果指出：“事件发生后，没发现附近居民患癌率上升”，人们所受的辐射量“远没有比一次X光透视的多”。

三里岛核电站事故造成韵经济损失大致如下：电站清理与恢复费用约4亿美元；购买火电费用，事故发生后每月为1800万美元，到1979年10月降到1000万美元；疏散8公里内的3000多户家庭（10000人）的赔款费约120万美元，工资损失赔款约7.7万美元；核管理委员会，由于该公司从1978年8月以来发生的17项违章操作而罚款约15.5万美元。

这次事故的出现，对常规设备受到了重视，制造厂商接受了教训。但其后果所带来的影响，各人的看法很不一致。反对核电站的人认为，这次事故证明了他们的观点，核电站不能确保居民的安全，所以核电站应该统统关闭，至少是停肆新堆。而支持核电站的人指出，三里岛事故没有伤一个人，紧急冷却系统发挥了作用，在如此误操作的情况下堆芯状态比预计的要好，这次经验教训会使我们采取新的预防措施并对操纵员加强培训。

核电的发展过程

1986年10月，总部均设在巴黎的国际能源局和经合组织属下的核能源局，分别发表报告，指出整个西欧今后仍会致力发展新能源，尤其是发展核电厂；如果停止发展石油以外的能源，可能在90年代再次陷入能源危机。从实际来看，前苏联核电厂发生事故，对欧洲震动最大，但并没有影响欧洲各国续建核电站的计划。例如：联邦德国反对派要求在10年内取消核电站，但是政府并不放弃继续新建5个电站的计划，到1990年，联邦德国核电站发电能力达2230万千瓦。

法国也有反核组织，但在民意测验中，支持兴建核电站的占65%，它将继续兴建17个新的核电站。

前苏联计划的核能曾以特别快的速度发展。根据苏联从1986年到2000年的经济和社会发展的基本方针；苏联到1990年生产14800～18800亿度电，其中3900亿度电来自核电站，约占20%。同1985年相比，到1990年通过发展核能节约了7500万～9000万吨标准燃料；苏联解体后，俄罗斯科学家还提出建造地下核电站的方案。

再从日本方面来说，1985年的核发电能力仅为2452万千瓦，占全国总发电能力的16%；到20世纪80年代末核发电量达1590亿度，占全国总发电量26%。而其他能源发电量所占比例是：油占25%，天然气占21%，水力占14%，煤占10%，地热等占4%。核电占据鳌头，因此，日本电力工业已开始进入以核电为主力的时代。1992年6月的统计表明；日本运行的核电站有42座，装机总容量为3000万千瓦。

日本核电的发展值得我们注意。

日本电力设备的结构，战前是“水主煤从”，战后从20世纪60年代初起变成“油主水从、煤从”。20世纪70年代，特别是第一次“石油危机”后，发电用能源向多样化发展。在这一过程中，同油电在整个发电量中的比重下降成正比，核电飞速增长。

核电在日本所以能够异军突起，主要在于核燃料用在发电具有很多优越性。在至今人类能掌握的各种发电能源中，它是最经济、稳定的高效能源。

日本从1966年建成第一座核电站以来，核电站从未发生过大的事故。

日本的电力公司非常重视普及核电知识的宣传。在核电站比较集中的地方，都有由他们出资建成的核电展览馆，供市民免费参观，里面有反应堆的模型和显示核发电整个过程的挂图等。看过之后，因不了解核发电而产生的不安，就会消除。日本人民因受过原子弹伤害，对核问题比较敏感。但是由于认识到核电和核弹的区别，在资源缺乏的日本发展核电有利，因此，并不一般地反对建核电站。就是反对建核电站的部分在野党，近些年态度也有变化。

1986年7月18日，日本综合能源调查会的原子能部，提出了对21世纪日本核电远景的预测报告，根据这一预测，2010年，日本发电用核反应堆将达86座，2030年，将达112座；核发电设备能力，2010年、2030年将分别达到当时的3.5倍、5.5倍。过25～30年左右，日本用的电，每两度中就有一度是核电。

日本综合能源调查会是通产大臣的咨询机关。它的这个预测报告制定于前苏联切尔诺贝利核电站事故之后，在制定报告过程中，国际油价已经出现大幅度下降。但是这个报告证明，日本并未因为这两个因素而动摇今后发展核电的基本方向。

据日本通产省资源能源厅1987年初发表的数字表明，就是在1986年日本核电站的开工率达76.2%，创历史最高水平。

资源能源厅说，1986年，日本全国运转中的各种类型的核反应堆共有32座。平均开工率自1982年以来，已连续五年超过70%。这在西方发达国家中也是高水平的。若同1985年统计的开工率相比较，日本的开工率仅次于联邦德国。

最后，再看一看核发电量最多的美国。

美国开发核电已有悠久的历史，据美国能源部1986年统计，美国有100座核电站在运行，核电站数量居世界第一位。当时还有27座正在兴建中。他们长期以来在开发核电方面积累了丰富的经验。美国核电站多年的建设和运行经验证明，核电站事故发生的可能性虽然不能绝对排除，但百分比是微小的。如果在设备和管理方面，严格地按照科学规定办事，事故是可以避免的。

美国核能专家认为，选择优良的核反应堆堆型是确保核电站安全运行的关键。迄今为止，发生严重事故并危及人体安全酌，一般都是石墨堆，而压水堆不容易发生严重事故，即使发生事故，由于种种安全措施，放射性物质也不易因外泄而引起对环境的污染和危害人体。

由于经济需要等方面的原因，美国核电站绝大部分都建在人口稠密的城市附近。但是，因为核电站建造者严格遵守核规章委员会制定的安全标准条例，所以核电站从未出现过实际威胁附近城市居民安全的严重事故。美国核规章委员会要求核屯站的建造者在提出建造申请时，必须制定相应的安全保障措施。经过核规章委员会严格审查认可后，才发放建站许可证。核电站在建造和运行期间，核规章委员会要定期进行检查，如果发现问题，有权对核电站提出包括停止运行在内的各种要求。

这些，都无疑为世界核电的发展提供了宝贵的经验。

美国、前苏联、归本及欧洲大部分地区的情况是如此，其他地方的个别国家，虽有点变化也就无关大局了。因此，国际原子能机构1987年2月公布的。数字表明，世界核能发，展总的趋势没有受切尔诺贝利事故太大的影响，1986年又有21座核反应堆联网发电，新增加核发电量2094万千瓦。

当切尔诺贝利事故煽起世界性的反核浪潮宁息以后，人们能够比较冷静地对事件作出公正的评价。1987年初，21国欧洲委员会议会就核安全问题举行了听证会。他们拿1986年4月26日切尔诺贝利反应堆发生爆炸和起火，对人的健康造成的已知的和估计会产生的长期影响，与普通电厂同其他辐射源对人们的健康和环境带来的危险作比较。专家们得出了基本一致的看法，认为尽管发生了这次核事故，利用核燃料发电仍然比利用普通燃料发电要安全得多。

前苏联的国家原子能利用委员会副主席说，如果重新用煤和石油等有机燃料来发电，对人们的健康和环境带来的危险将会大大增加。

设在维也纳的国际原子能机构核安全部门的负责人也说：“人们现在已认识到‘煤和石油燃烧后产生的物质’对我们的环境是一个重大的威胁”。他提到了一例子，一个发电能力为100万千瓦的普通电厂在城市居民中引起死亡的人数和生病的人数可以分别达到3～30人和2000～20000人，而一个发电力相仿的核电厂在正常运转的情况下引起死亡和生病的人数最多分别是一个。

对于核能的安全性已经为国际所公认。

核能的优点是十分鲜明的，其能量密度大，功率高，为其他能源所不及。这就容易使安全装置集中，提高效率。人们往往忽视，功率小设施就分散，即使微小的危险也随之分散而导致经常发生大量不被人发觉的各种事故。

在能量储存方面，核能比太阳能、风能等其他新能源容易储存，后者常常什么时候有，什么时候才能利用，除非安装储存缓冲器，但这种装置目前价格昂贵。核燃料的储存占地不大，在核船舶或核潜艇中，也同样占据不大空间，因为它们两年才换料一次。相反，烧重油或烧煤设备需庞大的储存罐或占地很多。

核电作为一种新兴的能源事业，已在世界能源中占有举足轻重的地位，但它并非十全十美。正像其他任何先进技术一样，核电既能造福于人类，也伴有一定的潜在风险。从对核能的指责声中，我们就听到了一些对生态环境的影响以及其他疑虑。例如，台湾北部核能一、二厂和南部的核三厂，对沿海渔业就有不小的冲击；南湾的珊瑚也因受到废热水浸害而死亡。

其实，无论是核电站还是火电站，都有余热排人环境，因此废热对环境的影响并不是核电站独有的，只是程度上有差别。核电站通过冷却水排入水中的余热要比火电站高约35%～50%。

世界上很多国家把核电站建在沿海，利用海水作冷却水，既可为核电站提供无限的冷却水，又比河水能更好地消散余热，减少余热对环境的影响。为了尽可能减少余热对天然水域的影响，人们还采取了不少措施，如制定排放标准，限制排放引起的升温；选择合适的排放位置及排放方式；提高热转换效率；余热利用等。

日本核电站排水温度一般高出海水温度有7～9℃，进入海域后扩散很快，温度迅速下降，一般在1～2公里外的水表面温度即降到1～2℃，因此对水资源不会带来有害影响。据国外报道，多数核电站附近的捕鱼量没有明显变化，有的地方还有增加。

核电站在投入正常运行时，进入废气、废液和固体废物中的放射性物质只是极少的一部分。核电站设有完善的三废处理系统，可对放射性废物实行有效的处理。在核电站周围还设置许多监测点，定期采集空气、水样、土样和动植物样品进行分析，监督放射性物质对环境的污染。放射性物质很难以有害量进入环境。

因此，担心和忧虑核电站污染环境和破坏生态平衡是不必要的。利用核电站循环水的排水灌溉农田；利用冷却永的余热为温室供热，培养瓜果和鱼类是可以做到的。

最后，从经济上的未定因素来考虑。一座核电站的服役年龄为30～40年，退役以后，其费用应当计人核发电的成本中去。

现在，世界上第一个投入使用的美国核电站，已经走完30年的运营期而报废。目前世界上已有或正在兴建的500多个反应堆，或早或迟也会走到这一步。美国能源部估计，美国现有16个反应堆将在本世纪末到期，到2005年将有53个反应堆，2010年有70个反应堆到期报废。现在看来，处理这些反应堆的成本比刚进入核电时代预计的高，报废日期又比预计日期提前，电站内金属管件受辐射而变脆的情况比当初估计的严重。为此，专家们已开始认真考虑核电站报废问题，提出了下列几种处置方案：

（1）封存处理：从反应堆中移走核燃料，并对辐射进行监控。这些措施实行之初十分简便，但一些专家认为，由于辐射要持续若干世纪，长期持续的警戒和监控，累计成本可能很高，最后还是不得不拆除。

（2）埋葬处理：从反应堆中移走核燃料，加盖一层厚厚的水泥壳，把整个电站区罩起来。苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，就是这样处置的。埋葬具有与封存相同的许多优点，但实施中人员会受不同程度的放射性沾染。

（3）拆除处理：优点是无须背上长期警戒和维护的沉重包袱，而且站区随即可作他用，包括建设新的核电站。但问题在于对施工人员可能造成严重的辐射沾染，且拆除成本高。

美国希平波特核电站，成了第一个进行拆除处理方法的试验场。

因此，今后核能工业的发展，我们仍然应该谨慎地先建立核能工业发展的评估制度和严密的管理措施，这样才能使核工业健康发展而免蹈某些国家先行中所犯错误的覆辙。

世界核电工业之所以发展迅速，主要因为它具有较强的经济竞争力、环境污染较小、燃料丰富三个优点。在权衡利弊时，从现代的观点来看，无论如何，利还是大于弊。

目前，人类对核燃料即铀资源的勘探工作还十分有限。但是根据已经发现的天然铀矿，如果用于核发电，足可以使用几千年。

1986年的另一项重要科技成就是，日本金属矿业团在濑户内海的秀川县成功地建造了世界上第一座用海水提铀的工厂，这座于4月下旬投产的提铀厂年产10吨铀。海水提铀的工业化，为人类开发海水中数十亿吨铀储量迈出了可贵的第一步。

如果将这项储量考虑在内，那么，广阔的海洋几乎成为核燃料取之不尽的宝藏。

1686年，是核工业有沉痛教训的一年，也是获得很大成就的一年。

自核电站问世以来，由于工程技术的不断改善使核电站的运行性能不断提高，运行的安全可靠性日趋完善，事故发生率也在下降。这就使得核电站的时间利用率和负荷明显提高，进一步显示了核电站的经济效益和它在各类发电系统中的竞争能力。

诚然，核电技术的先进性和可靠性是确保安全的重要因素，但实行严格的科学管理同样也是确保安全的重要因素，这是人们从这场切尔诺贝利核事故中应该吸取的严重教训。

安全设备的日趋复杂化，促使我们必须把希望寄托在一系列复杂设备运行的安全无误上。那么能不能建造出包含内在安全因素的核反应堆呢？回答应该是肯定的。

瑞典研制成功的“内在过程绝对安全”反应堆就是具有代表性的新型反应堆。它的设计思想是：即使初级冷却系统失灵，堆芯仍能冷却下来。内在安全能保证不用复杂的安全设备，反应堆仍然能安全运转。

核电站的充分安全问题并非是不能解决的。

不可否认，切尔诺贝利事故对核电发展带来某些消极作用。然而，这并不能否定核电的优点。回顾核电的发展史，尤其是从世界性能源发展的长远观点看，核电站的发展前景是美好的。随着工程技术和管理水平的不断改善，必将给核电工业带来新的生机。

我们不妨再就日本的情况来说，这个国家非但没有停止发展核电，而且还着手制定了面向21世纪的核电长期战略计划，并以每年投产两座核反应堆的速度增建新的核电站。原因就在于日本已拥有一整套安全防护对策。

日本的安全对策是在“没有安全也就没有原子能利用”的前提下，从原子能发电设备的多重保护设计、国家制定严格的发展原子能发电的安全规则、原子能发电企业采取万全的运营措施、提高操作人员的素质、减少人为的失误、加强地方居民对核电站安全运转的监督和关注为内容，构成一套完整的安全防护体系。

日本在技术上把核反应堆运转过程中在堆内产生和积存的放射性物质全部密封起来，以免有害气体外泄。即使在运转过程中发生事故，也能把放射性物质封闭起来而不影响周围居民的安全。

他们实施多重防护主要包括：

（1）防止发生异常的对策：要求核发电系统在设计上必须留有足够的安全系数，选用的设备和材料必须保证质量，对施工质量也要有严格的要求和验收，发电系统中还配有在部分机器出现异常时能自动确保安全的“安全系统”，和一旦出现操作失误能确保整个系统安全的“连锁装置系统”。对投入运转后的核反应堆和涡轮机实施严格的定期检查。

（2）防止异常事故扩大对策：主要是在设计上配有一套能够自动检测，早期发现多种异常并使核反应堆紧急停止，自动消除余热的系统。

（3）防止放射性物质泄出的对策：配有一套出现异常时使用的反应堆堆芯冷却装置，它由高压注人装置、低压注入装置、反应堆堆芯喷雾器等系统构成。

日本政府不但订有各种核发电安全对策的规章制度，而且对核电站从设计、兴建到投产后的安全运转都实施积极的监督和干预。设计阶段，通产省首先听取各方专家对所设计核反应堆的安全性进行充分论证，然后由通产大臣发放准许制造的许可证。建设阶段，在对工程设计、施工方法和内容进行认真的审查之后，由通产省授予准建权。一个核电站竣工而未投入运转之前，通产省将对它进行严格的验收。

此外，对管理操作人员也进行严格的挑选和训练。新人进站后，首先要在有经验的操作员的指导和监督下见习一年，然后到操作训练中心参加标准训练课程的学习，才可担任辅机操作员。工作五至六年后，辅机操作员才能作为主机操作员走上关键技术岗位。具有六至七年主机操作员经历，并通过了国家考试者，才有资格被选拔为运转负责人。此外，主机操作员每三年需接受一次运转训练中心的模拟训练，辅机操作员每年需接受三次模拟训练。

为加强核安全的研究，完善核安全对策，日本科学技术厅决定，在核安全委员会内设立核事故分析专门机构。

核事故分析专门机构的任务是，研究如何从组织上保障核设施的安全，经常重新估价安全措施的可靠性，以防止重大事故发生。此外，这个专门机构还要制定紧急情况下的人员撤离方案，对引起事故的错误操作原因进行综合研究。

为加强核安全管理和防范措施，日本科技厅要设立两个咨询系统，一个是国外核事故可能造成对日本污染的预测预报系统；另一个是能够在核事故发生后及时提供切实可行措施的紧急技术建议系统。

预测预报系统以气象数据为依据，要能测出距日本2000～3000公里以内地区的核辐射剂量。紧急技术建议系统要掌握国内所有核成套设备的管道线路图和其他数据，在非常情况下根据这些数据，及时提出如何防止事故扩大及减少放射性污染等技术性建议。

日本科技厅认为，这些机构虽然是一种咨询性质的机构，但是他们可以协助核安全委员会，迅速地为国家制定有效的应急对策。

前苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，日本更加清醒地认识到进一步强化安全对策的重要性。他们进一步充实完善国家有关发展核电的各种规章制度，使核电技术标准更加完善。国家对核电站实行有效的监督、管理，制定新的核反应堆的投产、废弃的规定与措施，制定与核燃料循环相应的技术标准。国家还建立专门的机构使安全检查制度化。加强核电企业的管理机能，把确保安全作为企业经营最重要的一环。

日本还开展“官、民、学”三位一体的研究体制，积极推进新的核发电技术和安全防护技术的研究，要做到防患于未然。同时还考虑应急状态下的防护措施，如发展专用机器人。

日本能做到的事情，别的国家也可以去做。核技术终将会成为一门可以使人完全放心的安全技术。

前苏联切尔诺贝利核事故这种坏事正在被各国认真总结教训，逐渐转变为推动本国核电事业健康发展的好事。他们完善了各种有关核能的法规，规定了核能委员会的职能、核能使用部门的职能和监督机构的职能。

在核能领域，由于切尔诺贝利的震动，1986年成了十分活跃的一年，我们国家还派出记者特意对西欧的核电部门进行考察访问。由于联邦德国核电事业无论在经济技术方面还是设备安全、管理严格方面均堪称楷模，记者对联邦德国核电事业作了一番巡礼，向中国读者提供了许多可作形象思维的感性材料。

对前联邦德国来说，“除了核电之外，没有别的选择”。

从前联邦德国的经验来看，核电除了清洁价廉之外，还有两个被我们曾经忽视的好处：一是推动高技术工业发展，带动相关部门同步发展；二是锻炼一支高水平的科研和建设队伍。以生产电力的多寡和运转率为标准，世界前七位核电站全部在前联邦德国。前联邦德国核电站以其经济效益高、设备可靠和人员专业化程度高著称于世。

前联邦德国的核电事业为人们展示了一个十分可信的现实，事实胜于雄辩；核能的高效及安全，只要人们严肃认真地对待，是可以做到的，是切实可行的。

目前，国际上核电站设计专家为提高核电站的安全系数进行了深入的调查研究。研究方向大体有两个，一是探讨地下核电站的可行性，二是增补地上核电站的保安措施，尤其是对意外险情的防范措施。研究的结果无疑将导致出现更安全的核电站。

对地上核电站安全运营问题的研究，得出了所谓综合保安的设想，并具体化为一些新的设计与运营规则。这些新规则要求，核电站设计者在设计时和操作员在值班时，均应考虑和分析可能导致事故的某些意外情况。现有核电站有一套对付反应堆发生设想有可能发生的故障的技术手段，但是过去美苏核电站事故表明，核电站在运营中会出现一些意想不到的情况，所以新规则要求核电站的设计中要有能够帮助操作员，在出观意外险情时及时排除险情的技术装置。

新规则的另一个重要部分是所谓“双防系统”。现有的核电站都有一个钢筋混凝土防护罩，旨在防止反应堆出故障时其放射性物质逸出而危害附近的人畜和环境。但已发生的核电站事故表明，单有这种防护罩还不行。一旦出现未预料到的情况而罩内压力猛升至5个大气压以上，罩本身就可能失去密封性甚至被胀破（爆炸）。新规则要求核电站附设一套可确保操作员使罩内压力及时降至通常水平的技术设备，必要时操作员还可以启动防辐射的过滤装置。这就是新规则所说的“双防系统”。

地下核电站的必要性和可行性问题，已被认定，它比地上核电站更为安全，并且经济和技术上都是可行的。前苏联的核反应堆的防护罩只有1.6米厚，反应堆内的熔融核燃料一旦逸出而压到罩壁上，不到1小时就会把罩烧毁。在新的“核电站—88”设计中，防护罩也只能耐受4.6个大气压的内部压力，电缆、管道等也只能耐受8个大气压，而在反应堆核燃料熔融事故中蒸汽与氢的爆炸会产生高达13～15个大气压的压力。所以，在未能设计出“绝对安全的反应堆”之前，应将核电站建在地下。目前所说的地下核电站，是把反应堆和控制系统建在石质或半石质地层中的中小型核电站。

据分析，这种地下核电站至少可保证运营中不危害周围环境，不发生切尔诺贝利核电站那种浩劫式的事故后果，而且便于封存寿终正寝的反应堆，减轻地震对核电站的影响。此外，把核电站转入地下还可以使核电站的建设得以在现有技术水平上得到发展，而无须等到“绝对安全”的核电站设计问世之后再发展核屯事业。进一步的分析表明，把4个机组的100万千瓦核电站反应堆和控制系统建在50米深的地下，建筑费用只、增加11%～15%，但如果把关闭核电站所需费用算进去，那么地下核电站的造价比地上核电站还要低一些。拿2个机组的50万千瓦供热核电站来说，将反应堆设在地下的建筑费用比地上同类核电站多20%～30%，如把关闭核电站所需费用打进去，则只多4%～11%。

1995年底时全球运营中的核电站为437个。

正在运行中的核电站，规模上美国居首位，其次为法国、日本、德国、俄罗斯、加拿大。法国核电占法国电力总量的78.2%，核电开发几乎达到极限。

国际上的分析家早于1993年5月作了预测，认为以后10年内亚洲对核电的需求将激增。

核能开发是世界各国21世纪能源战略的发展重点。

核电这门现代高技术产业正以它强大的生命力，克服它前进道路上的种种障碍，茁壮成长，日趋成熟。

世界第一座核电站

从20世纪50年代起，掌握核技术的一些发达国家，便着手研究将军用核技术向民用核技术转移，开始考虑利用核能来发电，让核能扯去“魔鬼”的外衣为人类服务。

1951年12月20日，美国的科学家将一座反应堆点亮了4个灯泡，从而拉开了人类和平利用核能的帷幕。实践证明，原子核能发电是可行的。

1954年6月，前苏联在奥布宁斯克建成世界上第一座原子能发电站，这座核电站的反应堆是浓缩铀石墨水冷却堆，热功率是3万千瓦，发电功率为5000千瓦，可供6000居民的小镇用电。这座核电站的诞生，揭开了人类和平利用原子能的新纪元，具有里程碑的作用。

继而，1956年10月，英国的考尔德·哈尔核电站投产运营。它的核反应堆是天然铀石墨二氧化碳气冷堆，发电功率为9万千瓦，其发电容量比前苏联的第一座核电站大约大10倍。

接着，1958年5月，美国威斯汀濠斯公司在宾夕法尼亚州的希平波特建成一座小型民用核电站，发电功率为6万千瓦。

从此，法国和其他一些国家也相继建立了起核电站，开创了大规模利用原子能发电的时期。核能发电，与其他发电形式相比，核能发电耗费低，污染少，而且安全性强，难怪核能发电在全世界迅速发展。核电站源源不断地为人类送来光明和温暖。

水上核电站

在陆地上建核电站，科学家们要考虑陆地的地震、地质条件、居民稠密区等各种情况，问题要考虑的比较复杂。

于是，科学家的视野聚焦到了水上。

在水上建核电站比陆地有着许多优点。

首先，造价低。在同样投资的情况下可以建造更多的核电站。

其次，就是上面所说的。不必考虑地质、人口等诸多因素。

第三是水上工作的条件几乎都一样，没有陆地上因地制宜的问题。

美国西屋电气公司建立了一座漂浮在海上的核电站。是在一个长130米、宽120米和深12米的铁制浮动箱上建造的小型核反应堆。整个核电站重约16万吨。浮动。箱浮出水面3米，有9米处于水下，可以在深15米的浅海中漂浮。

核电站的周围设有圆形防波堤，采用1.7万多个像星状一样的钢筋混凝土堆垒成的，而在堤的下面还有好多个长60米的混凝土沉箱作地基支承着；

在堤上还建有水闸，以便让海水进入核电站周围，作为反应堆工作时的冷却用水，当大潮来临，可关上闸。

俄罗斯的专家建造了两个KPT—40型反应堆的水上核电站，同水利工程、岸上设施及水上发电机组配套使用。

这种核反应堆是在核动力破冰船上建造的。

水上核电站的特点，本身是不能开走的，但它可以拖走，运到需要的地方去，与岸上的配套设施相连。

这种水上核电站的运转寿命为40年。每13年需要重新装备一次。与地面核电站相比，它不需要核废料掩埋场，可把核废料放在船内，等40年报废后；再对这些核废料按工艺规定处理，不会留下任何问题。

在海上建核电站，人们还惊喜地发现，由于在海上建有较高大的防波堤，还招引来鱼、虾的洄游，便于海洋生物的养殖和捕捞。

科学家们认为，海岸线很长的国家，可以充分利用这一优势，大力发展海上核电站，未来的海面上将会有许多海上“明珠”闪烁。

秦山核电站

如果你站在秦山的制高点上，就会远远看到1800米长、9米高，前后分三层的围海大堤横卧东西。反应堆辅助厂房、核燃料房、主控楼等建筑拔地而起，蔚为壮观，这就是秦山核电站。

秦山核电站，是我国第一座自行设计建造的核电站。连接位于杭州湾畔的海盐县。1985年3月20日开始动工，1991年并网发电。秦山核电站的建设者们，凭着自己的智慧和创新精神，克服了种种困难，完成了举世瞩目的核电站建设工作。

建立一座核电站，是一个需要由100个包含着大量设备、部件、仪器、仪表和管线的系统综合组成的大工程，仅反应堆、一回路、二回路等主辅系统就有30多个，再加上相配套的控制、检测等，共有170多个系统。其中设备就有5000台，仪表9000多个，阀门10000多个、管线几百千米。

核能专家童鼎昌全面负责核电站的核心设备——原子核反应堆本体和反应堆厂房等设计。在他的组织下，克服了近百个技术难题，工程师和工程技术人员经过了不知多少个不眠之夜，把国外经验与中国的具体实践相结合，采用过滤——蒸发——离子交换三级工艺流程，使排放的废水放射性浓度指数比国外同类指标还低。

为了确保秦山核电站的安全，不使辐射物质有半点漏出，核岛底板2万多平方米的大面积混凝土不能出现丝毫裂缝。核电站技术人员克服种种困难，于1985年6月浇灌完毕，两年之后不见裂缝，使一些外国专家为之惊叹。

安全壳筒体的施工，也是技术难度很大的工程。安全壳厂房呈圆柱形简体，穹顶柱高62.5米，壁厚1米。它是核岛的第三道屏障，质量要求相当高，工程技术人员采用张法预应力混凝土安全壳的结构形式，获得圆满成功。

1986年，秦山核电站进入了施工的关键性时刻一焊接贯通压力壳、蒸汽器、主泵反应堆的主管道。主管道直径86厘米，壁厚7厘米，一个焊口就要用1100多根总重量15千克的焊条，而管两端的焊接误差不得超过0.5毫米。这是一项难度很大技术。世界上只有法、美、日等国家能够独立施工。中国工程技术人员和上海核工院联合攻关，花了一年半的时间，获得了15000多个数据，摸索出最佳焊接技术。到1989年10月25日，16个主回路管道全部焊完，一次性合格率为99.23%。经国际原子能机构运行前评审团全面检查，焊接质量全部优秀。

经过四年的艰苦奋战，秦山核电站终于在1990年年底并网发电。秦山核电站的建成，将给东南沿海地区的经济发展插上腾飞的翅膀。

中国秦山核电站的建设成功，显示了中国人的聪明才智和伟大的创新精神。1989年4月，国际原子能机构派出的运行前安全评审团认为“整个秦山核工业电站的建造工作是高标准的，质量保证是全面的，并渗透到项目的各个方面，启动和运行的设备工作是超前的”。

海底核电站

我们知道，陆地上有核电站，水上有核电站，那么海底也有核电站吗？

是的，海底核电站是人们随着海洋石油开采，不断向深海海底开发而提出的大胆设想。

这是因为，在勘探和海底开发时，尤其是开采五六百米以下深海海底的石油和天然气时，这就需要从陆地上的发电站向海洋采油平台远距离供电。而且需要特别长的海底电缆输送。这不仅在技术上增加了难度，而且也花费大量的资金。

面对这种情况，如果在采油平台的海底附近建造一个海底核电站，这样，就可轻而易举地将富足的电力送往采油平台，同时，还可为其他远洋作业设施提供廉价的电源。

为实现这一宏伟的目标，科学家为我们描绘出了新颖独特的海底核电站的蓝图。

同时，世界上不少科学家正在积极地研究和探索这一课题，提出种种设计方案。

不过，海底核电站的发电原理同陆地上的核电站基本上是相同的，只是所要求的条件更加苛刻。

首先，海底核电站要建在几百米深的海底，这就要求所有零、部件都要承受巨大的海水压力。

其次，设备密封性的要求相当高，要达到滴水不漏的程度。

再次，所有零、部件都具有较好的耐海水腐蚀的能力。

因而，这就要求海底核屯站所用的反应堆都安装在耐压的堆舱里，汽轮发电机则密封在耐压舱内。

之后，再将堆舱和耐压舱都固定在一个大的平台上。

美国在1974年，就提出了发电容量为3000千瓦的海底发电：站的设计方案，并描绘出了令人向往的蓝图。

这座海底发电站由反应堆、发电机、主管道、废热交换器、沉箱等五大部分。它选择了一种安全性非常好的铀氢化锆反应堆。

这种反应堆的独到之处，在于它的发电能力在极短的时间内能由零迅速上升到几百万千瓦，以后，又可以自动迅速地降落下来。因而，人们又称这种反应堆为“脉冲反应堆”。这种反应堆可极大地提高发电能力。

1978年，为对付“石油危机”，英国几家公司联合提出了海底核电：站的设计方案。它的最大特点是设计了两座核反应堆舱。这样设计的好处是，当一座反应堆停堆换料时或检修时，另一座反应堆可照常供电，可保证采油平台连续用电的需要。反应堆安置在长60米、直径为10米的耐压舱内，而耐压舱可在500米深的海底长期稳定工作。耐压舱的外壳是用双层5～7厘米厚的钢板制成，中间灌注混凝土，其厚度在0.5～1.5米，并随着水深而加宽。同时，汽轮发动机共装备3台，分别密封在耐压舱内，以确保电力供应的需要。

科学家们认为，随着海洋工程技术的发展，特别是开采海底的石油和天然气资源，海底核电站将幸运诞生，这一天将为期不远了。

太空核电站

高新技术的发展，人们将反应堆搬到卫星上，从而形成太空中的核电站。

人造卫星和太空飞行器在太空中飞行，一般需要电池发电，什么燃料电池、太阳能电池等都可以使用。然而，他们又都存在这样和那样的问题，无法满足大容量的电能需求。

怎么来克服这种弊端呢？

科学家们经过努力，终于找到了比较理想的卫星和太空飞行器用的电源——太空核反应堆。

太空核反应堆的电容量可达500瓦至几千瓦，甚至可高达百万瓦。比较先进的核电池同其相比，也是小巫见大巫。

太空核反应堆的工作原理同陆地上的核反应堆基本是相同的。所不同的是，太空核反应堆体积小，轻便实用。

太空核反应堆所用的燃料是纯铀—235。这种核反应堆连同控制装置，大约像2千克重的小西瓜一般大。

通常，反应堆运行产生的热能，可以通过三种方法转换成电能。

第一种方法，将装有液态金属的管子从反应堆中通过，液态金属就会吸收热量变成蒸气，来推动汽轮发电机组发电。它的能量转换率高，可达30%，但汽轮发电机的转速高，这在太空飞行无人维修的情况下，难以长时间安全运行。

第二种方法，以热电偶或热离子方式发电，它不需要转速很高的汽轮机，所以使用简便，可以长期稳定地发电。

第三种方法，是能量转换效率比热电偶高得多的热离子换能法。它是利用热离子二极管来完成能量转换的。

太空核反应堆不仅可用作太空飞行器和卫星的主要能源，而且还是未来用于考察和开采月球矿藏的理想电源。

轻水堆和重水堆

热中子反应堆是一种进行核裂变的反应堆。目前，已经实用化的热中子反应堆有轻水堆和重水堆。

现在使用的多为轻水堆。

在轻水堆中，水被兼作减速（和石墨一样起控制反应速度的作用）和冷却用。轻水堆又可分压水型和沸腾水型的，现大多数核电站用的都是压水型的。

压水堆最初被用来作核潜艇的动力。它的冷却水分为一次系统和二次系统两部分：

一次系统的冷却水保持在约160个大气压这样的高压，所以加热到约325℃仍可保持为液体状态。为了吸收核裂变中的中子，水中加入一点硼用以调整核反应的速度。一次冷却水直接同核裂变部分接触，将它产生的热量带走，经由蒸汽发生器进行热交换，使二次冷却水被加热到沸腾。

二次冷却水在60个大气压下被加热到275℃，成为蒸汽用来驱动发电用的汽轮机。

压水堆是利用浓缩铀工厂提供的低浓度铀—235作为核燃料。

铀—235是铀的一种放射性同位素，也是自然界中惟一存在的裂变核燃料，裂变中产生的中子，或被燃料棒中的铀—238所吸收，或使铀—235发生裂变，或逸出于燃料棒之外。

如果中子运动速度过快，则使铀—235发生裂变的机会变小了，所以要用（轻水或重水）和石墨作为减速材料，放在燃料棒四周，使中子速度减慢以有助于使铀—235发生裂变，减速后的中子能量最后都变为热能，为了把它送到外部，需要使用冷却材料（通常也用水）。

同时，把含有硼等吸收中子物质的控制棒放在堆芯中，当它插入燃料中时，产生的中子数量达不到临界值，裂变无法连续进行下去。当控制棒拔起来时，中子数目加多，通过连锁反应，铀的裂变便可连续进行下去。这种速度变慢的中子被称为热中子，利用热中子使铀—235裂变的核反应堆，称为热中子反应堆。

热中子反应堆中的重水堆，因它所用的冷却剂是重水（D20）而得名，它与轻水堆核电站相比，具有以下五个特点：

第一，因重水的慢化性能好，吸收中子少，能用天然铀作燃料，因而，发展重水堆核电站，不需要建立造价昂贵的铀同位素分离厂或浓缩铀厂。

第二，重水堆转换率比较高，约为80%，可以更有效地利用天然铀。

第三，重水堆的燃料烧得较透，铀—235含量低于通常的尾料浓度，约为0.25%，可以把它们暂时储存起来，等到快堆需要时再提取其中的钚，而不必急于进行处理，这就使燃料循环大为简化，从而使费用降低。

第四，在各种热中子堆中，重水堆所需天然铀量很少，同时，使所需的初装料和年需换料量也最小。

第五，重水堆对燃料的适应性很好，既能用天然铀或浓缩铀作燃料，又可以用铀—233、铀—235或钚—239以及它们的任何组合作裂变材料，并从一种燃料循环改变为另一种循环也很容易。

再者，重水堆中生成的钚，一部分在堆内参加裂变放出能量，另一部分则包含在燃料中，其净产钚量要比轻水堆多1.4～1.8倍。这样，发展重水堆电站，可为发展快中子增殖反应堆电站积累更多的钚。

快中子增殖反应堆

快中子增殖反应堆，是指吸收快中子产生裂变的一种反应堆。

快中子增殖反应堆用的核燃料是钚—239，在堆芯周围有一层铀—238，在天然中的含量为99.28%，它本不是裂变元素，不能作为核原料，但在快中子反应堆中，铀—238吸收了钚—239裂变放出的中子后，跃身一变而成为新的钚—239。钚—239核比铀—235核裂变放出的中子多，加上快中子反应堆不需慢化剂，减少了中子被吸收的损失。

因此，裂变产生的中子除能维持裂变反应外，多余的中子被铀—238吸收，生成新的钚—239。

这就是说，快中子反应堆在使用核燃料的同时，还将热中子堆无法使用的铀—238变成了可利用的核燃料钚—239，而且生成的钚—239比用掉的还多，这叫增殖核燃料。由此可见，采用增殖反应堆的核电站能发出比用热中子反应堆的核电站多得多的电。

显然，一座快中子反应堆只要连续运行15～20年，就可以积累起足以装备与自身功率同样大的新反应堆所需要的核燃料，人们赞誉它为核燃料生产工厂。

快中子反应堆，不仅能够大大增殖核燃料，还有干净、热效率高等优点，目前，世界上许多国家都在积极发展快中子反应堆。

法国建造了“凤凰”快中子堆和“超凤凰”快中子堆，都采用了一体化的池式结构。

在埃及神话中，吉祥鸟凤凰每隔500年就会自焚，涅粲然后再复生。“凤凰涅架”就是这个道理，可以说法国人给快中子堆起的名字别有匠心，正符合这一反应堆的特点。

该反应堆容器是一个很大的不锈钢池子，直径22米，高10米，壁厚为35～50毫米，堆顶是3米厚的钢和混凝土做成的盖板，在这个钢池子里，除了堆心之外，还放人一回路钠泵、钠一钠热交换器，这就保证放射性钠不会离开反应堆容器。一回路钠由下而上经过核燃料，加热到545℃。然后，再进入钠—钠热交换器。

同时，在反应堆容器的外面，还包有一个同样厚度的钢容器。整个装置再装在1米厚的混凝土安全壳内，这样，是重重设防，保险加保险。

在1991年世界核电站统计表中，可以找到9座快中子堆核电站，但实际运行的只有4座，法国的“超凤凰”堆便是其中之一。

只是，快中子堆由于技术复杂，安全要求高，因而造价极高，投资约是压水堆核电站的5倍。

又如，俄罗斯现有四座快中子反应堆在运行，并正在建造80万千瓦功率的快中子反应堆。

日本原型快中子反应堆已于1994年建成，经济验证，快中子反应堆将于2004年建造。

人们预计，快中子反应堆将会成为未来能源舞台上的重要角色。

高温气冷堆

高温气冷堆是一种热中子堆，它用石墨作慢化剂与堆芯结构材料，用不与任何物质起反应的惰性气体——氦作为冷却剂，核燃料采用碳化物包壳，不含金属，因而堆芯能够承受高温，有很好的热稳定性和化学稳定性。

高温气冷堆的先进性，首先表现在安全性好，它是国际上公认的具有固有安全性的下一代新堆型。

到此，人们不免要问：什么是固有安全特性呢？

具体说来，就是当核反应过强、功率过大、堆内温度升高时，它能自动地降低反应性；当发生冷却剂流失、传热系统和控制系统失效、水进入堆芯等事故时，它能自动停堆；而堆芯的余热也不会超过容许的限值，还能非能动地载出堆外。

同时，还具有阻止放射性释放的多重屏障，使放射量不论在何种情况下，都保持在可接受的范围内。

值得说明的是，高温气冷堆在任何情况下绝不会发生像美国三里岛和前苏联切尔诺贝利核电站那样溶毁堆芯、放射性外泄等严重事故。

或许是受到人们喜爱的“傻瓜”相机一词的启发，有人将高温气冷堆称为“傻瓜堆”，形象地比喻中在任何情况下都是安全可靠的。

高温气冷堆的先进性，还表现在是惟一能提供高温工艺热的多用途核能源。

高温气冷堆氦气的出口温度可达950℃或更高，是现有各种反应堆中工作温度最高的堆型。它产生的热量既能用来发电，又可作为其他工业的能源。

高温气冷堆的发电效率还特别高，如果直接用氦汽轮机发电，则产生的电量要比同等功率的一般核电站多50%。

高温气冷堆可以使用的核燃料，是其他反应堆所望尘莫及的。它既能“烧”铀，又能“烧”钍，还能将这两种燃料混在一起“烧”。

鉴于高温气冷堆的优越性，它在国际上很受重视。

1991年3月，日本开工建造3万千瓦的实验堆，1998年已投入运行。

钍，在我国的含量十分丰富。我国也在积极从事高温气冷堆的开发论证和实验研究，许多关键技术取得了突破。

1992年3月，国务院批准在清华大学核研究院内建造一座热功率为10000千瓦兼发电约2000千瓦的高温气冷实验堆，要在2000年前建成并投入运行。

1994年5月，高温气冷堆被列入国家高技术计划重点项目。

热核聚变

在《天方夜谭》一书中，有一个“魔瓶”的故事，说一个渔夫在海上打渔，一网打了一个瓶子，把瓶盖打开，一个魔鬼出来了，要吃掉救他性命的渔夫，渔夫危难当头，用自己的大智大勇，机智地将魔鬼又骗人瓶内，盖上了瓶塞。

现在科学技术的高度发展，在科学家们的手下也诞生出了“魔瓶”——“托卡马克”装置。

当然，这种“魔瓶”装的不再是魔鬼，而是降伏的像氢弹那样威力巨大的“妖魔”。

在“魔瓶”里，进行着像氢弹爆炸那样的反应：两个较轻的原子核，如氘、氚等，在超高温的特定条件下，聚合成一个新的较重的核，如氦核，同时，把核中贮藏的巨大能量释放出来，人们把它称作核聚变反应，也叫热核反应。它放出的能量比原子弹爆炸时产生的能量还大好多倍。要是用1千克核燃料参加核聚变反应，释放出的能量相当于7000吨汽油或1万吨煤所放出的能量。

从这里也可以看出，核聚变反应比裂变反应释放出来的能量要多得多。

然而，要使不受控制的氢弹“妖魔”置于人工控制下，让其乖乖地听话又是何等的不易。它的两个反应条件足以使人望而却步。

第一，是高温。必须把核燃料加热到1亿度以上，使它的原子分离成离子和电子。

第二，是高压。要用强大的外力，在1秒的时间里把离子和电子约束到每立方厘米1万亿亿个以上的密度。

然而，在这样的高温高压下，任何材料做成的“瓶子”都会气化而消失。

受控核聚变比较好的装置是前苏联科学家设计的“托卡马克”装置。这是一个中空的环形管，逐段设置铁块作磁场的铁心，把管子围起来，配上高强度的磁场，把环形腔内的高温氘、氚封闭起来，使它们在环形腔内完全分解成带电的离子，而这些带电的离子在磁场作用下，只能沿磁力线方向运动，就像把高温的核燃料“盛放”在“磁瓶”里，有控制地运行热核反应一样。

令人欣喜的是，核聚变反应的资源非常丰富，一桶水里含有的氘中所蕴含的热核能，相当于300桶汽油所含的能量。汪洋大海里有的是水，仅海水里大约就含46万亿吨氘，按地球上目前的能量消耗来计算，可供人类使用几百亿年。

科学家们预言，受控热核聚变是人类未来理想的能源；

美国科学家计划，在2025年建成一座示范性的核聚变工厂，至于商业性核聚变工厂，则可能在2035年才能建成。由于核聚变试验需要巨额资金，美国、前苏联、日本等14个国家准备联合建造“国际热核试验反应堆”有10层楼那么高，它将是世界上第一个投入运行的核聚变反应堆，产生的能量估计将达到10～30亿瓦。

到那时，人们将能把动力从核聚变反应堆送到电网上去。

人们期望，核聚变作为一种理想的能源，将来会大放异彩。

激光核聚变

激光核聚变，是当前激光应用的一项重大前沿课题。利用脉冲强激光聚焦在可以进行核聚变的物质上，如果能使局部温度达到几千万摄氏度，就会引起核反应。这种实验如果。能获得成功，将开辟核聚变获取能量的新途径。

在这一领域中，中国走在世界的前列。

中国科学院上海光学精密机械研究所经过试验，完全证明了激光引发核聚变的能力。

在这次试验中，激光振荡器发出一束激光脉冲，以每秒30万千米的速度，顺利地打开“光门”，并分成两路冲进激光放大器系统。在不到百分之一秒的时间里，激光功率一下猛增了1亿倍。最后，两束功率各为1万亿瓦的激光脉冲同步到达真空靶室，经过精密光学系统会聚之后，准确击中直径只有0.1毫米的靶球，就在高功率激光击中靶球的一百亿分之一秒内，靶球温度从室温骤然升到一千万摄氏度以上，同时形成一千万个大气压以上的向心压力。这时靶球内由氢的两种同位素氘和氚组成的热核“燃料”便产生了核聚变反应，并释放出聚变核能。

1986年，中国建成了以钕玻璃为主体工作物质的强激光脉冲装置——“神光”装置，这是我国最大的高功率激光装置。

它的输出分两路，每路1000焦耳。脉冲时间为10—9秒，脉冲峰值功率可达1012瓦。具有世界先进水平。

“神光”装置的研制是一项大型综合性的科学工程，整个系统包括激光器、靶场、激光参数测试、能源、中心控制、实验室工作环境等14个分系统，有80多套高精度的仪器设备，涉及激光、光学、精密机械、光学材料、电子学与微机技术、超净工艺等众多的技术领域。这个装置内有15项新材料、新技术、新结构、新方法，是国内首次采用，多数指标达到国际水平。

我国激光核聚变的研究发展很快。1991年把“神光I”升级为“神光Ⅱ”，扩展基频能量为6000焦耳，三倍频率能量约为30000焦耳。目前已开始了三倍频率能量为40000焦耳的钕玻璃激光器“神光Ⅲ”的设计，计划2004年建成。

激光核聚变的发展，是衡量一个国家激光科技水平的标准。中国激光核聚变试验成功，并继续发展，前景广阔，可见中国在这一领域里已经走在世界的前列，为世界激光核聚变研究和发展提供了宝贵的经验。中国人将用激光核聚变这一高科技手段，为中国经济建设服务。

核试验转向

核军备控制领域的一个新的难题是，少数核大国已经从以往的核试验中掌握了大量数据和先进技术，从此可以更加隐蔽地将核武器试验从现场转入实验室。

例如，美国政府早在1993年11月就曾经指示有关部门制定一项“核武库管理计划”，该计划建议建立一批进行核试验的设施，以便在全面禁止核试验的情况下利用这些设施进行模拟试验，继续维持其核优势。

法国也为此作了相应的准备，建造了一座大功率的激光装置，以便今后的核试验能够进入实验室。

1997年7月，俄罗斯官员则表示，尽管经费不足，俄优先发展战略武器的计划仍进展顺利，21世纪俄罗斯仍将保持核大国地位，并且在这个月还从普列谢茨克航天发射场发射了一枚新型战略导弹。

这表明，原先的少数核大国，虽然表面言词冠冕堂皇，但核威慑力量决不会放弃，而且要继续完善。

早在1993年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室主任就说过：“核试验要设法替代，但我们必须尽力把工作做好。”他们要求安装对武器部件进行非核试验的试验装置，以及能模仿核爆炸的超级计算机。他们甚至创造过一个新名词——虚拟爆炸。

美国的地下核试验分两类：一类是武器研制试验，爆炸新的核武器或者经过改进的核武器；另一类是“效应试验”，试验其他武器系统承受核爆炸辐射和热的能力。效应试验都是在试验场地下深处的水平隧道内进行的，在核武器和几百米或几千米外的地下试验站之间有真空管相连，核爆炸产生的辐射以光速传到试验站，被试验的物品——例如必须能在核战争期间继续运转的军用卫星的部件一就装在试验站中。相比之下，武器研制试验比较简单。这种试验则是在竖井中进行的，可能是为了试验一种武器的新部件，也可能是为了获取热核聚变的数据。这些数据必须赶在核爆炸摧毁仪器之前通过电缆传到地面上。

在美国里根和布什担任总统期间，美国国内反对核试验的压力就已逐渐增长，苏联解体后这种压力达到了顶点。克林顿1992年竞选总统时说，他支持全面禁止核试验，但他当政以后，其政府官员在禁止核试验问题上一直持不同的意见。

据说，他们主要的担心是，核武器储存的时间久了，由于诸如塑料和高效炸药等物质以及电子元件和其他部件受损，这些核武器可能会出毛病。为了使武器保持能用，美国就必须不断地检查储存武器的可靠性和安全性，并且还得保留一批骨干专家来分析问题和主持维修。因此，他们希望搞一些新的设施。

例如，他们特别想出资建造国家点火实验室，即巨大的激光聚变实验室。这些武器研究人员，希望提高对在核武器里使用的高效引爆器进行非核试验的能力。他们还希望获得更先进的高性能计算机，以便能精确地模仿核爆炸过程。到了1997年，美能源部宣布，它已经批准耗巨资建立一个激光中心，用于在不爆炸的情况下试验核武器。

政府方面说，需要用这套国家点火设备使美国既能保证核储备又不违反全球禁止核试验条约。它将用来模拟核弹头里的反应。

但是主张核裁军的人说，这套设备可能会带来比今天的核武器威力大得多的新一代核武器，使全面禁试条约的目标无法实现。

能源部说，这套设备将产生相当于现有激光50倍的能量，并将首次在实验室的环境下生成接近太阳核心的物质状态。

尽管冷战已结束多年，但一份被公开的美国解密文件显示，美国仍在竭力开发新的核武器或修改现有核武器的设计。

这份来自能源部的文件是美国官方发展核武器的计划。文件透露，共有约25000人为这一高度机密的工业计划服务。这些实验室目前正在使用新的设计技术。其中对某些核弹头的工作包括逐步重新设计氢弹的核心部分一原子引爆装置。批评家指出，这文件表明政府正在破坏有关禁止大规模杀伤性武器开发的条约。

然而，有关政府当局则表示强烈反对，并坚持其工作是遵守国际公约的，能源部官员在接受媒体采访时否认了正在开发新武器的说法，表示文件中所说的工作只是将过时的设计现代化。此项工作的目标是延长核弹头的寿命，增加安全性和防御性，使新品种的武器能够投入使用，但武器的爆炸威力并没有增加。

可是，民间的保护自然资源组织不同意此说法，指出文件中所述的一些工作，明显意味着将增加核弹头的威力和准确性，使其能够深入到地下，以摧毁敌军的地下掩护体。一支由高技术设备和人员组成的队伍正在悄悄地进行热核武器的升级换代工作。

核爆炸新用

核爆炸最先在军事上应用，但核爆炸的研究不仅仅是为军事服务，更重要的是一种改造大自然的强有力的手段，将会长期地广泛地为人类的生存和发展服务。应该说，发展核爆炸的和平利用，才是我们研究这一领域的根本目的。

诺贝尔奖金的倡导人诺贝尔是新炸药的发明人，这一发明曾首先用于军事技术。但是，今天各种类型的炸药已广泛地应用于矿山、工厂、建筑等各生产领域，现代文明已很难离开炸药的使用。核爆炸是比炸药更为有效的经济的手段。当代核技术已很容易构造爆炸当量达几万吨；甚至几千万吨TNT的核爆炸。其成本只有化学爆炸的1/10或1/1000。

现在先说说核爆炸应用于采油工业等积极方面的问题。

石油系统的人都知道，开采石油必须加热加压，目前常规作业为钻井，靠油井产油。但是当前的钻井技术还达不到高的石油采取率，据统计，采油率指标平均达不到40%～50%，在油气矿床边缘仅为10%～15%，更不能开采天然碳氢化合物的结晶水化物及沥青矿床，而且即令目前世界上最先进的钻井采油技术也只能采取已查明油、气储量的25%。

美俄试验的核弹采油气技术，明显地改善了岩石钻井系统的工作指标，显著地增加了受激井的出油率，据来自采油公司和利物莫尔实验室的报告，前苏联1965年对其某些油藏区进行过核爆炸，之后15年在这些实验区多采出900万桶石油，占可采储量的9%，使采油率增加35%，原来认为只有6年的经济开采价值的油床到80年代初仍有生命力。

采用核弹开采油气技术，根据油气储藏的介质及地质构造条件，其爆炸深度可达4公里左右，爆炸当量为29～43千吨TNT。地下核爆后可形成以爆炸中心为圆心，半径为80～100米的多孔介质机械变的区，如果介质较为均心的话，则变的区可分为I，Ⅱ，Ⅲ区，其中I区半径为25～35米的中心区，区内发育着径向和切向大裂缝，富集交叉裂缝，使区内岩石状态不稳定，且流体传导性高、因此I区便成为一个容器，适用于离析进入的液体和气体，堆积液体和固体的悬浮物。

这种新型采油方法经济实用，已引起许多国家重视，特别是美俄。因为一次核爆炸投资约1000万美元，即使按1981年油价，当年所产油价值就为4900万美元，而当前为1亿美元，是成本的10倍，有极可观的因而目前世界各先进国家正在大力开展核弹采油技术的研究并运用于实践。

地下核爆炸还是扑灭井喷的十分有效的手段。某次在一地发生强烈的井喷，各种手段均不见效，最后决定采用地下核爆炸，果然一举成功。据俄罗斯专家介绍，这次井喷，是可能污染波及全世界的一次大井喷。在所喷气体中，有20%的硫化氢，如任其喷发一年，将远比切尔诺贝利核事故造成的危害更为严重。所以，即便从世界上最激烈反对核试验的绿党所持观点来看，他们也无法批评人们采取核爆炸的手段来制止井喷。至于消灭化学武器或生物武器，使用地下核爆炸将是最为经济而有效的惟一手段。

还有人设想，利用核武器防止小行星或慧星袭击地球的问题。在使用这种手段时，必须令核武器适当地钻入“天外来客”的表层中，才能获得必要的令轨道偏离的动量，但如果计算不准，反而会引发新问题。

再说说利用核爆破技术实施中国南水北调巨大工程的设想。

中国科技界正在关注由西藏的雅鲁藏布江调水于大西北的设想。因为中国是水资源分布严重不均衡的国家，面积占国土的47%的大西北，仅占有全国水资源的7%，这为大西北的开发造成了严重的困难。不仅人的生存要水，发展农业要水，尤其是发展工业更需要大量的水。

因此，中国一些地理学家，便提出由雅鲁藏布江调出200亿立方米水给南疆的设想。这一设想的基本思想是：在雅鲁藏布江的“大拐弯”处，修建拱共高坝，打通长达80公里的泄洪通道，建造一个其发电能力为长江三峡库区发电能力的2～4倍的发电站，再利用这一巨大的电力提水并输向大西北。

毫无疑问，这是跨世纪的规模巨大而又有很高经济效益的重大工程。其重要技术难题有：高坝的修建，隧洞的挖掘，运河的开凿等等，由于这一工程的土石方作业量特别巨大，而且又在“深山穷谷之中，人烟绝迹之地”，按照常规作业，不仅存在技术上不可克服的困难，而且还很难有效。但是，如果能在这一调水发电的重大工程方案中，使用核爆破的技术，那就不仅使这一设想得以经济地实现，而且还将提前付诸实施。

由于雅鲁藏布江是中国第三大江，年经流量高达1600亿立方米，这一巨额的水量流经印度到孟加拉，年年为这两个国家造成严重的水害。所以，由雅鲁藏布江发电调水，不但能为南亚各国提供丰富的电能，而且还将大幅度减轻印度和孟加拉的水灾。所以，这将是有利于中国和南亚各国的一个国际性的重大项目。如果能再进一步设想，多调200亿立方米的水于大西北，还将可以为哈萨克斯坦的干旱地区提供充足的水源。

由于核爆炸的和平利用和军事利用具有的不甚相同的要求，军事利用所最关注的指标，是单位重量的爆炸当量，亦即所设计的核弹头要小而轻，爆炸当量要大，以便增加运载工具的机动性和命中率。但是和平利用核爆炸却可以不计及核装置的重量，因而在理论设计上就有充分的余地，来大幅度减少甚而能完全避免放射性对环境的污染。现代核技术已完全能设计出足够干净的安全且不污染环境的核爆炸。

下面谈一谈关于核爆炸与地震发生的相关研究。

1994年一条令人震惊的消息是前苏联克格勃一位高级领导人向新闻界透露的。他在1988年被任命领导制定苏联科学院的秘密研究计划，即借助地下爆炸的热核弹来重创美国和加拿大。

从20世纪60年代起，苏联地震学家们发现他们每次进行地下核爆炸后，在随后的几天内就会产生地震。前苏联的一些科学家坚信：1988年破坏美洲，造成4.5万人丧命的那次地震是由3500公里以外苏联新地岛上的地下热核爆炸引起的。为了研究地下核爆炸的效力，苏联人曾在4周内先后进行32次地下核爆炸。早在80年代初，苏联国内的地质学家们就构思一项制造强度更大的核弹的计划，这种核弹能够使构造板块造成猛烈的挤压和冲撞。

地震决不会紧接着核爆炸发生，而是在隔了若干天后才会产生，这就能使肇事者在发生毁灭性地震和海啸情况时自称无罪。

尽管如此，科学家仍意识到将很难把核爆炸所产生的效力特定地引向一个假定的目标。在成功命中8000多公里以外的目标之前，还需要做很多的研究工作。

人们还观察到，在任何一次地下核爆炸之后，两个月的时间内爆炸中心周围20～30公里范围内，通常发生多次的地面颤动，这是因为核试验瞬间释放的巨大能量引起地壳能量的连锁应变。地下核爆炸实际上就是人造地震，爆炸强度与地震震级存在近似的对应关系，当量为10万吨TNT的核爆炸相当于里氏6.1级地震。

这还与爆炸地点的地壳构造有关。石板块边界地带和地壳运动活跃的区域，爆炸引起的地震在强度和频率上均有加强。1995年夏天法国不顾国际社会的反对，在南大平洋恢复了核试验，爆炸地点莫鲁亚环礁就连续发生了多次地震。这再次表明人造地震是可能的。

在战略家看来，核爆炸引起的地震比核武器的直接杀伤效果更有威胁性。核爆炸使一切都化为焦土，核辐射使广大土地长时间不能生长生命，征服这样的地区又有什么意义呢？相反，受到严格控制的地下核爆炸引发地震，目的在于造成对方社会混乱、指挥失灵、人群恐慌；这就为地面占领创造了条件。

在现有技术条件下，作为武器的地震还难以实战。技术难题在两个方面，一是核武器的布设，很难深入敌对国领土纵深进行打击；二是人造地震效果的滞后，就是地震并不一定在核爆炸后立即发生，从而使核打击失去突然性。

再一方面，据1997年报道的科学家们的计算结果认为，核爆炸所产生的全部能量直接作用于地震的不超过2%～3%。这就是说，想要人为地在潜在敌人的领土上引起5～6级地震，就需要进行30～50次核爆炸。这就自然而然地出现一个问题；是否值得付出这么多努力来进行研究和试验工作？在万不得已的情况下引爆一颗原子弹不更简单吗？

但是，人们从中看到了问题的另一好的方面，就是低烈度的地下核爆炸使地壳能量得以逐步释放，从而避免了强烈的大地震。最有说服力的例子是哈萨克斯坦的阿拉木图，这个城市曾分别发生过7.4级和8.0级的大地震，地震学家认为以后的年代强地震仍然会发生；然而几十年来只有一些中小地震，据认为原因就在于附近的一座核基地连续30年运转，大大降低了当地的地震强度。

新技术探索

科学技术的发展过程中，会遇到困难，发生曲折和反复，是正常的，不足为奇。

在这世纪之交，围绕法国“超凤凰快堆”的争诊即是一例。这是以中国神话一种从自己的灰烬中获得永生的鸟的名字来命名的核电站，早在10多年前就曾并入法国电力公司的电网，虽正常运转时间不长，但作为技术探索，提供的经验却是宝贵的。

目前在俄罗斯、日本、印度等就有8座快堆，即快中子增殖反堆正在正常运行。

快堆同其他反应堆一样，从原理上就排除了发生原子爆炸的可能性。当然，不应当否认现在快堆发电还存在一些技术问题，但是，只要重视，问题是可以解决的。从根本上讲；快堆不仅具有固有的安全性，而且具有很好的经济性。与热堆核电站相比，快堆核电站对核燃料的利用率高出了60～70倍，同时快堆还能焚烧掉长寿命放射性锕系元素。快堆核电站和热堆核电站能相辅相成地为人类提供安全、经济和洁净的电能。有远见的国家，是不会忽视对快堆核电开发的，例1995年，日本的装机容量为28万千瓦的快堆“文殊号”就成功地进行了发电、供电试验。因此，日本政府。1997年6月宣布，要继续推进其开发快堆和核燃料再循环计划。

到2050年，中国的能源缺口将达10亿吨标准煤。人们已经体会到人类大量使用碳基燃料已经成为环境污染的重要因素之一，加速发展包括快堆核电站在内的核电事业，是解决上述矛盾的重要途径之一。在快堆技术发展上，中国也给予了高度重视，各有关主管部门给予了有力的支持，在1987年将快堆技术研究纳入了国家“863”高技术计划，列为该计划能源领域的最大项目，并计划不久将建成热功率为65兆瓦、电功率约20兆瓦的快中子实验堆。

近10年来，世界快堆处在低潮，主要原因，是从20世纪70年代后期开始，世界经济发展速度减缓，能源和电力增长速度也随之减缓，热堆核电站的发展相应减缓，因此作为热堆核电站后续者的快堆事业的发展也受到制约。但是，各国快堆发展也不平衡，各国根据自己不同的国情采取了不同的政策。在西欧的“超凤凰快堆”时起时落的争论不休中，中国作为一个核大国，仍作出开展快堆起步工作的决策是正当的。

可以预期，今后相当长的时期人类仍将利用裂变能。

目前核能利用存在的主要问题有：

（1）资源利用率低。工业应用的是热中子反应堆核电站，虽其发电成本低于煤电，但它以铀—235为燃料，天然铀中占99.3%的铀—238无法利用。

（2）燃烧后的乏燃料中除铀—235及钚—239外，剩余的高放射性废液含大量“少数锕系核素”（MA）及“裂变产物核素”（PP），其中有一些半衰期长达百万年以上，成为危害生物周的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决。

（3）反应堆是临界系数大于1的无外源自持系统，其安全问题尚需不断监控及改进。

（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚—239受控制。

这4个问题中，以前两者更具实际意义。

利用快中子增殖堆可以使天然铀中的铀—238转化为钚—239，成为裂变燃料。用钚—239或铀—235装料启动运行数十年后，此系统可以靠铀—238达到“自持”，铀资源利用率可提高60～70倍。这虽然有利于资源的利用，但另3个问题则面临更严峻的挑战。而且快中子增殖堆的初始装料，要以从热中子反应堆乏燃料中提取的大量工业钚库存为依托，如热堆电站未发展到相当的装机容量，快堆是不可能具工业应用规模的，而此时高放射性废液的库存已极大。对高放射性废液的处置方法，目前是将其固化，经包装后埋入稳定的岩层中。这种“后处理一固化一深埋”的处置方式虽然可行，但从长远看它耒解决泄人生物圈的问题。

因此，理想的核系统应是以天然铀（或贫化铀）作为反应堆的基本装料，并使它所产生的放射性废物在系统中被嬗变为短寿命（半衰期为几十年）或稳定的核素。使系统输出的废料是短寿命低放射性废物。这就是目前世界核科技界大力研究的充分利用铀资源且放射性“洁净”的核能系统。这一系统的物理及放射化学基础在于：

（1）利用中子核反应使不可裂变的核转化为可裂变核，并在系统中形成一个稳定的可裂变核供应储备。

（2）利用化学分离流程，提取高放射性废液中的MA及PP，回送到系统中，在一定条件下，MA成为附加的能量供应资源，而PP则吸收中子而嬗变成为稳定核或短寿命核，即所谓的分离一嬗变（P—T）法。

核科技界认为最有前途的放射性“洁净”核能系统将由中能强流质子加速器（1～1.5吉电子伏，数十毫安或更高流强）与次临界装置（热中子或快中子）相耦合，结合“原址”放射化学分离流程（在厂区就近处置，避免与外界环境接触）所构成，一般文献中称之为ADS（加速器驱动次临界装置）。它由中能质子在重核上散裂反应产生的“外源”中子，使次临界装置起动，在把非裂变核转换为裂变核的过程中，一方面倍增中子、输出能量，一方面留一定的中子贮备，以嬗变自生的或输入的MA或PP。次临界装置的临界系数0.95左右，系统靠“外源”中子启动，因此原则上当加速器停止运行时，次临界装置即“熄火”，无临界事故问题。向这个系统输入的主要是天然铀等非裂变装料，输出的是电能及短寿命低放射性废物。加速器所耗电能占系统所产生电能的一小部分。次临界装置中所产生的MA及PP经“原址”放射化学分离后，在适当的条件下，在系统中被嬗变，因此没有向生物圈扩散的问题。如果设计适当，这个系统可运行相当长的时间（例如5～10年）而不必换料，因此该系统可有高的负荷因子。

中国已建成具有世界水平的北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥国家同步辐射实验室三种粒子加速器，因此要建立中能流强质子加速器是具备足够技术力量的。

当然，放射性“洁净”核能系统还有些问题尚待继续研究。

下面再略述一下聚变堆问题。

俄罗斯等地的受控热核反应堆没有一个取得成功，有的科学家甚至提出出有的热核反应装置根本不可能在短期内实现持续产生聚变能的目标。有鉴于此，美，国国会1996年将用于核聚变研究的拨款减少了33%，美国核聚变专家小组根据资金情况建议，关闭耗资10亿美元的普林斯顿反应堆，把有限的经费投入计划中的国际热核实验反应堆中去。这个由美、俄、日和欧洲主要国家共同投入资金和技术建造的核聚变反应堆计划将在2050年建成，核聚变科学界将它看成是世界核聚变研究取得突破的新希望。

由于国际热核实验反应堆还只是纸上谈兵，所以普林斯顿反应堆的关闭表明人类50年的核聚变能梦想将面临一个“无法预知的未来”。

俄罗斯著名理论物理学家、核能部长米哈伊洛夫认为，核能技术的成功来自其课题的具体和目标的明确，而核聚变能源技术问题“总是模模糊糊”。他认为，核聚变能源将来肯定会出现，“但只有到22世纪才会出现”。

不过，米哈伊洛夫的这一看法和国际热核实验堆计划大相径庭。按照该计划委员会1996年夏天圣彼得堡会议的决定，1997年要确定这个实验堆的选址问题，2008年实验堆将建成，并开始运转，再过十几年将建设商业堆。担任该委员会主席的俄罗斯权威核物理学家、俄罗斯科学院前副院长维利霍夫1996年也曾再次预言，再过30～40年核聚变能源将成为现实。

无论如何，这项工作是要持之以恒开展下去的，因为它是解决人类未来能源的希望。

在中国，环流器实验技术实验室在核工业西南物理研究院于1997年通过了中国核工业总公司主持的验收。从而，中国第一个受控核聚变研究重点实验室即告建成。

核工业西南物理研究院1984年建成中国环流器一号，1995年建成中国环流器新一号以来，开展了大量研究工作，取得了大批科研成果。其等离子体电流、等离子体密度及温度、放电持续时间等参数，以及等离子体诊断技术、数据采集与处理能力和等离子体辅助加热技术等方面的综合能力均处于国际同类型同规模装置的先进行列。

空间核技术

空间技术与核技术是现代高技术的两大重要领域，而这两门技术的完美结合则是现代人类智慧的又——结晶。

核能源可以成为航天的动力。

自从1957年前苏联发射第一颗人造卫星以来，在宇宙空间，已有来自世界各国的4500颗卫星。至20世纪90年代中约有70颗卫星采用了同位素电池和核反应堆电源。美国于1965年4月发射的SNAP—10A卫星，虽只运行43天，却是世界上第一个利用核反应堆电源的卫星，这表明核反应堆电源是可以作为空间能源而加以利用的。

空间核反应堆能源的研究起步于美苏对峙的20世纪50年代。现在，从中国航天技术发展战略考虑，也只有空间反应堆电源才能满足航天事业发展的要求。

虽然各国都在积极发展空间核反应堆能源，但反应堆在使用中或在事故条件下是否对人造成危害？对地面或近地空间是否产生污染？是否会因发射、操作失误或失控而产生爆炸？

据文献记载，在美国发射的38个空间核电源中，共发生4起事故，但没有发生人身伤害后果。

前苏联的空间核能源发生了两起较大事故，但检测表明未造成放射性污染。

首先，对空间核能源应有使用评价。

与太阳电池—蓄电池组合电源不同，空间核能源与光照无关，可在强磁场和尘埃流等等恶劣环境下工作，适合于星际和深空探测。核电源具有抗辐射能力，适合机动飞行，可用于大功率、长寿命、低轨道的航天器。例如可作为多功能军用卫星和空间站电源。

空间核电源具有结构紧凑，造价低，寿命长的优点：一个电功率为100千瓦的空间核反应堆，堆的本体积仅为20余升。在造价方面，美国在大量试验的基础上估计，一个100千瓦的电力系统，采用核反应堆将比用太阳能节省约4/5的费用；法国曾对200千瓦系统进行比较，初次生产（包括研究开发费用）价格与太阳能系统相当，若重复生产，其价格只相当于大阳能系统的1/100。

空间核反应堆能源目前使用寿命目标为3～5年，计划21世纪初达到7～10年。

其次，再谈安全评价问题。

联合国和平利用空间科学技术委员会在1978年“宇宙—954事故”后，对原子能在空间的和平利用作过多次讨论。那次事故发生在1978年1月24日，前苏联军用卫星“宇宙—954号”，因控制机构失灵坠人大气层，变成许多小碎片，散落在加拿大。

1992年，又进行了专门讨论，专家们认为只要采取下列措施，空间使用核能是安全的：

（1）卫星进入工作轨道前，反应堆不能启动；

（2）带核反应堆电源系统的卫星在低轨道使用时，必须有两套独立系统保证核电安全；

（3）反应堆的燃料除不能用钚—239外，其他浓度的核燃料未受限制。

前苏联在“宇宙—954事故”后进行了两年的研究，制定出一整套确保反应堆系统安全的措施：

（1）发射前任何情况下保证反应堆处于次临界（包括掉入水中、石油和沙漠中）状态；

（2）有两套独立的安全的工作系统保证核安全：当停堆（事故停堆或任务完成后停堆），能用电火箭将核电源推人高轨道；当此计划失败后，卫星掉到110～100公里时，由地面或仪表库单独发出指令，引爆核屯源，使核电源系统粉化，其可靠性为0.99995；当再一次失败时，卫星降到90公里时，空气的摩擦力将使核电源系统解体，燃料元件弹出，烧毁。保证掉到地球上粉尘的放射性活度极小，与地面本底差不多。

无论是美国还是俄罗斯，对反应堆的控制系统的设计都增加了安全性。

据美国和俄罗斯空间核反应堆的运行状况和安全分析结果，反应堆的主要危险来自于运载工具的飞行器本身非核电部分及反应堆冷却剂丧失事故。但即使发生事故，空间核反应堆的放射性污染不大，不会对环境造成超过允许剂量的污染。

有关空间核能源的另一个设想是，在月球建立能源基地。

美国科学家曾于1968年提出，在地球轨道上，发射巨大的太阳能电池卫星，利用它再将太空中获得的电力用微波送回地球。这一设想将在21世纪初成为现实。

日本材料科学技术振兴财团进一步提出了月面能源基地构思。根据这一设想，日本将于2010年，在月球表面上设置大型日镜对太阳光进行聚光，再由发电装置转换成电力，把所得电力变换成激光返回地球的输电装置。发电规模为500千瓦，地面接受其电力约1/10的50千瓦，这是第一阶段。

2020年以后为第二阶段，计划在月面设置发电规模为400000千瓦的原子反应堆，以静止轨道上的长中继卫星为中介，向具有150米抛物线聚光镜的地面接受电力基地供应激光，激光强度设想为3～5千瓦/平方米，可获得约6000千瓦电力，届时还将验证太空发电对环境和氧气的影响。

第三阶段定于2050年时实施，届时将在月面建立1000个100000千瓦的长期反应堆，可利用月球上的铀资源，实行发电，地面可获得20000千瓦/个的电力，共计20000000千瓦总电力。

第四阶段为2100年以后，再由核发电向太阳能发电转移，从而建立永久性的能源供应基地。

人类的智慧是无穷的，核能的前景永远是光明的。

交换核情报

美国和俄罗斯已于1995年互相提供有关各自的核武器库规模和组成情况的秘密资料。

这种交换在这之前是没有的。以前要是双方中任何一方的官员交换这种资料，那就会被判处长期徒刑。

美国关于秘密交换核武器资料的详细建议是1994年12月由副总统戈尔在莫斯科提出来的。以后双方的机构在华盛顿广泛讨论了这一建议。

根据这项建议，美国和俄罗斯军事官员将交换详细说明各方自1945年以来已制造多少弹头的资料，包括逐项列出各类导弹的数目。

这种交换包括一份清单，说明在两国正式履行里根政府和布什政府在任期间达成的武器协议之后，已经退役或预定要退役的弹头数目。

两国还要说出他们贮存可用于制造核武器的多余的裂变材料，但是他们不会透露武器存放的具体地点，也不会透露有关武器设计的任何情况。

为了完成这种交换，美国政府于1994年劝告国会修改1954年的原子能法，以便俄罗斯能够第一次得到保密的核资料，华盛顿以前只同英国、法国和德国这样一些亲密盟国秘密交换保密的核资料。

据美国官员们说，交换情报的目的是要帮助两国首都建立互相信任，相信他们的军方机构正在执行公布的拆除数千枚弹头的计划并确保从这些武器上取下的裂变材料不会落人未经授权的人手中。

那么，核武器是如何拆卸的呢？

潘特克斯是美国能源部一个高度保密的设施。此为美核武器拆卸中心。它因位于得克萨斯州锅柄状的狭长地区而得名。潘特克斯有近3000名雇员，过去负责组装核武器，现在主要负责拆卸核武器。

由于美苏军备竞赛终于结束，竞争者正在制订拆除核武库的计划。但并不见得很快哙终止核武器所引起的混乱局面。冷战国家在生产武器的竞赛中，放射性物质和有毒化学物质污染了土地、空气和水。据估计前苏联有高达15%的领土不适宜于人类居住。预计美国净化工作需要用数十年时间，并将至少耗资2000亿美元。此外，今后几年拆卸武器还会增加高浓缩铀和钚的存量。

美国能源部在过去的数十年里拆卸了约5万件武器。并非所有的武器都退役。有些武器拆开来进行测试。然后再重新组装起来。另外一些武器则改装成新武器。

武器是由警卫人员押运的装甲卡车运抵潘特克斯后储存在掩体里的。工作人员对武器进行检查，分成分装件，最后分解成多个零部件供再利用或销毁。工作人员把化学炸药和放射性物质分开。然后把武器中的钚核储存起来。

潘特克斯拥有每年拆卸大约2000件武器的能力。按照这个速度，该工厂很快将用完钚核的储存空间。因为这些钚核不再送出去用来制造新炸弹核心。现在已提出的建议是允许潘特克斯扩大钚核的储存空间，钚核将“暂存”在厂区6～10年。在那以后，可能把钚核迁往另一个储存点。

较大的危险发生在运输中。过去是用“白色列车”，现在则由70辆专用装甲卡车组成的车队，全副武装的卫兵押运。

用卡车运往潘特克斯的炸弹、弹头和炮弹送到一个叫4区的区域，暂时储存在由钢筋混凝土建成的“圈顶工事”掩体内。上面覆盖着厚厚的土层；然后送到有8个“隔舱”——屏蔽严密的大房间。墙壁是由2英尺厚的混凝土层中间夹着15英尺的土组成，人口处有1100磅重的门保护。地面上铺的是涂料屑片与聚氨基甲酸乙酯混合在一起形成的一种海绵状物质，这种物质一般不会引起炸药爆炸。

技术人员在其中的一个隔舱内操作一台大功率的X射线机。武器放在一个大转台上。通过屏幕可以检测武器瑕疵。

经X射线检查之后，武器便进入一个组装拆卸隔舱。在这个强化加固的舱内，工作人员把武器拆成分装件。例如，空军和海军飞机运载的B—61万能炸弹被拆成4个部分：头锥、装有放射性物质的中心部分、打开保险部分以及装有降落伞的尾部。

工作人员拆卸武器需用1天到3周不等的时间。然后把头锥送到堪萨斯城能源部的一个工厂；装有放射性物质和化学炸药的部分称为“物理组件”，另作专门处理；余下部分送回其他设施或“销毁”，以保护保密的设计信息。从要销毁的零部件上回收黄金和贵金属。

从武器上拆卸下来的钚核放在支架上，安装在钢容器内。将容器储存在潘特克斯60个圆顶工事的18个圆顶内，其余42个供储存武器用。

钚积存在潘特克斯的最终命运如何，五角大楼和能源部并不急于为他们储存的钚寻找一个长眠处，因为公众抗议很可能会限制政府重新使用制造可裂变物质工厂的能力。

对核弹头的运载工具如何处置呢？

不妨看看俄罗斯的情况。

众所周知，由于签署了第一阶段和第二阶段进攻性战略武器条约，俄罗斯应该在2003年以前同乌克兰和哈萨克斯坦一起削减并销毁约1200枚陆基导弹。还应销毁数百枚按计划应予削减的或使用保障期已到的潜艇弹道导弹。销毁这些导弹会对周围环境造成不良影响。对生态安全构成威胁的主要成分，是液体和固体的核燃料以及核弹头。

同时，属于销毁之列的导弹90%以上用的是液体燃料。其中使用氮四价元素作为氧化剂，该元素经过简单的化学加工可变成在化学生产中普遍使用的硝酸，尤其常用于化肥生产。作为燃料使用的剧毒物质庚基化合物的情况更为复杂，这种物质会造成人体神经麻痹或窒息。在这一点上，庚基化合物近似化学毒剂，它在水中的可溶性强，能够深入土壤，可以长久地保持自己的毒性。

目前在液体火箭中，燃料箱里还保存有成千上万吨剧毒的庚基化合物。问题随之而出：怎么处理？有三种有效处理庚基化合物的途径：按其直接用途使用，制造其他有益物质或销毁。利用其直接用途的建议是：安全保存期内的导弹的某些部分，可以用于向轨道发射各种用途的人造卫星。比如说，目前广泛使用于发射卫星的运载火箭“质子”的发动机就是靠庚基化合物工作的。

有效利用庚基化合物的第二种用途，包括对庚基化合物进行中和、解毒和转为安全的化学物质。但研究显示，中和庚基化合物的化学方法，尚未解决。

在抽出液体燃料火箭的燃料后，为了分解火箭外壳，须预先把它从发射井中运走，运到专门的工厂。要用热蒸汽彻底清除燃料箱和输送管道中的剩余燃料。同时，形成的所谓生产污水，还需进行再处理。

最近研制出了使生产污水变为无害物质的辐射化学方法。其显著特点是不会污染环境。使固体火箭燃料变废为宝，也是重要的科学技术问题。实际上这种燃料是带有某些能提高其动力性能并改善其物理、化学性质的添加剂的特种火药。在分解固体火箭时，机械性破坏（不引爆）和从火箭外壳里取出燃料是相当复杂而且危险的时刻。

最后，我们再来看一看炸毁导弹发射井的盛况。

中亚草原被巨大的爆炸声所震撼。前苏联时代设置在哈萨克斯坦的洲际弹道导弹SS—18的发射井和地下司令部，在高性能炸药的爆炸声中陆续被毁掉。这是根据第一阶段削减战略武器条约采取的具体步骤，炸毁发射井和地下司令部，同拆卸、运输和销毁核弹头与导弹一起，形成了冷战善后处理事宜的基础。

战格斯托贝地处作为前苏联最大的核试验场而遐迩闻名的塞米巴拉金斯克以南180公里。周围被寂静的大草原环抱，能够听到的只有鸟鸣和苍蝇的嗡嗡声。

1995年6月15日下午1时，对面的山丘上升起了红色信号弹。此后不久，在距离800米远的地方火焰冲天，火焰逐步向周围蔓延，一股股像蘑菇云那样的黑烟腾空而起。

地面出现了震荡。随着巨大的轰鸣声，圆盘一样的东西飞向天空，碎片雨点般地落下来。白烟柱升向200米高的上空，在空中飘舞。

炸毁在冷战时代为了与美国对峙而设置的洲际弹道导弹的发射井，转瞬之间便告结束。

看似圆盘飞舞的东西，原本是发射井五角形的钢掩装置。重量为120吨。旁边深40米的发射井遗迹，宛如突然张开了大口。

破坏一个发射井，需要使用约2吨的高性能炸药。士兵把缆绳系在身上，下到6米深的地方，把炸药放在6个地方。

在扩充军备的时代，战略火箭部队军官是前苏联军队尖子中的尖子。战略火箭部队管理的发射井设计得极为牢固，它能够经得起发射高热和敌人的轰炸。然而，时下他们的使命是研究发射井的结构，寻找其弱点，并通过自己的双手将其炸毁，使之不能使用。

引爆前，战略火箭部队一位师级大校对人们说：“请诸位好好看一看，花费30年时光才建成的体系是怎样毁于一瞬的。”

第二天，即1995年6月16日，虽然不允许人们参观地下司令部钓具体配置。但他们介绍，在各个团的地下司令部里，曾配有发射核导弹的钥匙，有值班军官坐在那里。涉及军队机密的装置，事先已全部拆走，与前一天一样，爆炸也是在瞬间完成的。

在销毁发射井之前，从导弹上拆下了核弹头，运送到俄罗斯。一座发射井要取出几十吨的毒性很强的液体燃料，运往哈萨克斯坦的拜克努尔宇航基地和俄罗斯。

导弹本身全部运往俄罗斯，在工厂内拆卸。

军事基地关闭。往昔，这座基地住着1.4万名军人及其家属，面积4平方公里。军人已经撤走，如今只剩下少部分人。

铀的同位素

铀有三种同位素，铀—234、铀—235和铀—238。

铀—235同位素是连锁反应极佳的原料。它很难得到，仅占铀材料的百分之一，甚至更少。

铀的另一种同位素是铀—234，它仅以极微弱的数量显现出来。因而，99%以上的铀是重同位素——铀—238。它有92个质子和146个中子。

让人遗憾的是，它像潮湿的纸一样。中子冲进铀—238的原子核后，就停在那里不动了。

当然，这并不是坏事，“天生我才必有用”。它还有着别的用途。只不过是，它不能让原子火焰“永照”。

那么，有没有别的元素或同位素能起作用呢？

有的！有一种名叫钚的元素，可以说是优良的原子燃料。

钚从原子核看，有94个质子和145个中子。

打个比方说，如果把铀—238放在原子灶上用中子来“烹调”它，就可以得到钚。

当中子冲击铀—238的原子核，并被“缠”在其中时，我们将得到一个有92个质子和147个中子的新的铀同位素。它的中子太多，所以是一个很不稳定的核子。不过，它不破碎。反之，它很快开始瓦解。其中一个中子会神奇地转变为质子，因而，会突然地从原子核中射出一个电子。

这样，我们就有了一个名叫镎的新元素，它有着93个质子和146个中子。但是，这个原子核仍然相当虚弱。有一个中子转变为质子，而冒出一个电子。这样一来，我们就得到了钚。

建核坟墓

俄罗斯总共需要拆卸的核弹头约1.8～2万枚。

必须考虑到，核弹头是有着非常巨大的潜在危险的东西，会对人和周围环境构成严重威胁。因此，存在一个规则：拆卸每一种弹头都应在它的生产厂家进行，并且要由安装弹头的专家们亲自拆卸。据美国专家估计，拆卸每一个弹头的费用因它的复杂性不同而定，从3万美元到15万美元不等。

大量拆卸核弹头会引起科技问题、经济问题以及与裂变核物质有关的生态问题。目前拆卸核火箭的一个薄弱环节就是要建设现代化的专门用于安全存放高浓缩铀和钚的仓库。

为保障核及生态安全，从弹头拆卸下来的由铀或钚构成的5～8公斤部件，都要放进专门的金属盒保存。同样，这些金属盒将放人充满惰性气体和某些防护物质的密封钢容器。这些容器应保存在位于地下深层的专门仓库里，仓库必须装备多套保卫、防御和消防系统，并要保持最佳的温度和湿度。

据估计，俄罗斯或美国的所有核弹头里总计约有100吨钚和500吨高浓缩铀。

在科技计划中，通过下列方法有效利用高浓缩铀的途径相对比较简单：把铀的浓度稀释加工到3%～4%铀—235；并用它制成核电站所需的释热元件。俄罗斯和美国之间签署了关于向美国出售500吨适合核电站使用的俄罗斯军用铀。

处理军用钚的问题更加复杂。目前无论是美国还是俄罗斯，在有效利用和消除钚的方面，都没有掌握生态上安全、经济上可承受的工艺。由于钚是剧毒品，而且它的半衰期长（2.4万年），处理钚的难度就更大了。2～3克的钚在1平方公里的面积上扩散，就会使当地居民的生活在未来几千年受到不良影响。

另一个问题是作为战略武器的核潜艇用的动力反应堆。

前苏联海军从20世纪60年代初开始大量装备核潜艇，使前苏联成为世界上拥有核潜艇最多的国家之一。冷战结束后，绝大多数前苏联的核潜艇由俄罗斯继承。不过，此时落到俄罗斯手里的核潜艇其核威慑战略作用所剩无几。

因为前苏联当时只求在数量上取得压倒优势而仓促发展的第一、二代核潜艇，无论是性能还是质量，都不敢恭维，再经过几十年的风吹浪打，海水侵蚀，已经大多陈旧不堪，已到了非淘汰不可的地步。据俄罗斯海军知情人士透露，俄罗斯太平洋舰队已有大批老式核潜艇领取了“退休证”，停靠在俄罗斯远东地区的波斯特瓦亚湾。由于旷日持久地停靠在港湾内，又没有资金和人力进行维修保养，这些核潜艇从外壳到主体构件大多发生破坏性锈蚀。核潜艇的心脏——核反应堆，虽然没有直接浸在海水中，但也锈蚀得十分严重。为了防止核反应堆引起核泄漏，俄海军专家向这些核反应堆里注入了大量强力防腐剂，以减缓锈蚀。但谁都清楚，这种治标不治本的缓兵之计是无法彻底解决问题的。

几十年前核潜艇刚刚问世时，前苏联和美国的核潜艇专家们设计的处理退役核潜艇的方案几乎完全一致：将废旧核潜艇整个沉到大洋深处了事。但随着科技进步，人类环保意识日益增强，将废旧核潜艇沉没海底的方案已行不通了。

俄罗斯海军在波斯特瓦亚湾旁边建造了一座拥有成套大型技术设备的专业化核潜艇拆船厂。在这儿，废旧核“心脏”是这样被摘除的：专业工人先卸下核反应堆外部的活动钢板，再拆下核反应堆调控装置的防辐射外壳，然后将原先进行核反应的复杂的管路拆下，小心地装进专用防辐射装载缸里。最后再把装载缸移到早已停靠在核潜艇一侧的修理船上的贮藏库里，并运到专门堆放核废料的地下埋藏点永久存放，或称“核坟场”。

被摘除了“心脏”的废旧核潜艇的“尸体”被运到另外一座工厂。在这里，庞大的艇体被切割成若干部分，然后把拆下来的各种有用金属、橡胶等加以回收利用。据统计，平均一艘核潜艇可拆下300吨橡胶，而拆下来的钢铁，如制成钢板则可装满两列火车。可见，废旧核潜艇的利用，其经济效益是明显的，从保护生态环境上讲，其意义也是很大的。

但这种“理论”上的“良性回收利用法”却令财政上捉襟见肘的俄罗斯海军部门徒呼奈何。

事实证明了拆卸和消除核潜艇放射性污染的工作规模。目前已有150艘核动力船、舰闲置在港口。根据第一阶段和第二阶段的进攻性战略武器条约，到21世纪初，这些船舰的数量将达到200艘，其中包括150艘核潜艇。每艘舰艇上有1～2个核反应堆。现有的处理设备，每年只能有效解决2～3艘核潜艇。

分解并取出反应舱、清除已用过的反应燃料并运往加工、存放地等作业，从生态角度看是最复杂的作业。为了保障运输安全，特别设计了专门的火车厢，里面装着带有释热的容器。这样的车厢和容器，可以保障在发生事故、火灾和破坏活动时的安全。

由于缺乏足够的仓库，俄罗斯暂时不能完全放弃把核潜艇的一些核废料留在海洋底部的做法。

这样，最后的下策是建核坟墓。

例如，俄罗斯海军专家已经决定，为1989年沉于挪威北部、躺在1600米深公海海底的淤泥中的俄“共青团员”号核潜艇，建造一个特殊的“坟墓”，以防舰艇内的放射性物质辐射出来。造墓用的是能够吸收钚的特殊材料。

俄民防、紧急情况和消除自然灾害后果部的一位官员说，用水下机器人建成这个墓大约需要1个月的时间。他说，艇内核反应堆是安全的，没有放射现象发生。100年后反应堆自然熄灭。

寻找新出路

在早先的非市场经济国家，宏观管理体制及“罕转民”的运行机制较差。先以中国为例。

中国在20世纪50～60年代，逐步形成了一套科技管理体制。当时，需要研究什么项目，几乎就成立什么部院。此后，又成为国家一个个独立的产业部门。例如，为实施原子能原子弹工程（当时称“596工程”），中国建立了第二机械工业部；为实施火箭导弹航天工程，中国建立了第七机械工业部。需要研究什么学科或课题就成立什么研究所或研究室。例如，二机部北京401研究所（对外称中国科学院原子能研究所，即今中国原子能科学研究院），101研究室是反应堆实验室；201研究室，是加速器实验室。每个部、所、室，都是一个庞大的机构；例如，二机部有30万职工队伍，5万科技人员；401所且不说在“文革”以前，就是将放射性同位素应用、放射生物与放射医学、堆工程、受控热核反应以及高能物理等部分先后分出以后，在20世纪70年代，该所主要研究领域还有核物理、放射化学与放射化工、堆科学以及同位素制备等，共有21个研究室，连家属及临时工在内超过10000人。每个研究所都已形成了相当的规模，并牢牢地扎根于所在地区，“割据”成一大块独立的自然经济式的科学城区，构成了一个“小社会”。必须指出，像401这样的院所，在我国并非凤毛麟角，中央各部委及中国科学院约有1000家（750所高等院校不算在内）。

中国的这种管理体制是模仿前苏联而逐步形成的。因此，中国和苏联解体后的俄罗斯等国，当今天面临经济转轨时，在核工业等领域首先就有一个如何寻找出路的问题。

俄罗斯有座城市叫谢韦尔斯克，但人们在地图上却无法找到它。它的占地面积不小，直径达数十公里，人口约10万。街道、广场、住宅、工业区……都呈封闭状。到处是哨兵、警卫、巡逻犬、警戒线。进入该市的一切车辆、行人及物品都要接受严格检查。

这座城市笼罩着浓厚的神秘色彩。这简直是座与世隔绝的城市。

谢韦尔斯克的秘密不久前才逐渐被披露，可以公开说出它的位置，离托木斯克大约半小时的路程。它于1954年建成，城内有西伯利亚化工联合工厂，该工厂的主要产品是用于制造核武器的钚，即原子弹“芯”。这就是这座城市的秘密所在。

这里的一切都编成了代码，没有真正的名字。

昔日，通过铁路把谢韦尔斯克生产的钚运到另外一座秘密的城市阿尔扎马斯，在这里制造原子弹，订货单源源不断。生产线年复一年地运转，为国家制造核武器。

谢韦尔斯克的工厂目前处在半停产状态。钚的订货量只剩下原来很小的一部分。现在也不再把钚运往任何地方了，直接贮藏在仓库里。这里贮存的钚足可以数次毁灭地球。

是美国人“挽救”了这座城市，他们决定向这里购买原子弹“芯”。于是，传送带现在开始反向工作：阿尔扎马斯不断地向谢韦尔斯克运送原子弹。在谢韦尔斯克工厂的一个专门车间里拆卸这些原子弹，从中提取钚。想要进入这车间必须经过原子能工业部长的许可。

工厂要对钚进行“稀释”，使其成为核电站可以利用的普通燃料。美国人购买钚的目的就在于此。

美国人的合同签了30年，他们要购买500吨昂贵的燃料，谢韦尔斯克因此能够定期发工资，而且没有遣散专家。大家现在都能相当平静地看待未来。

现在整个俄罗斯都发生了变化，这里同样也受到了影响。过去要花2个月时间才能办妥进入该市的许可证，现在只须不到一周。但进入该市依然需要办理一系列手续。

俄罗斯的另一个核秘密城市则有着另一番景象。

位于莫斯科以东400公里的莫尔多维亚森林中有一个叫阿尔扎马斯—16的禁区，这就是近50年来，俄罗斯联邦的主要核武器设计中心。

在3号试验场的四周修建了6米高的土堤，土堤外又种植了高大的松树和白桦树。多次的核爆炸就在这里进行。前苏联第一颗原子弹就是在阿尔扎马斯—16设计的；世界最大当量为1亿吨的氢弹也在此设计，并于1961年在此进行了爆炸试验。前苏联第一枚洲际弹道导弹弹头和第一枚弹头分导重返大气层运载工具，也都诞生在这里。

前苏联氢弹计划创始人之一安德烈·萨哈罗夫曾在这里工作过20年。全俄罗斯约有3000名脑子里装有核武器设计思想的科学家，其中有一半是在阿尔扎马斯；另一半是在车里雅宾斯克。

被称为“阿尔扎马斯—16”的区域有10万居民，因为有不少犹太核科学家，因而又被称作“新耶路撒冷”。这是俄罗斯10个绝密城市中最神秘的一个，也是俄罗斯军界、工业界集团的主要堡垒。

建设阿尔扎马斯—16的工作是从1946年开始的，那里本是俄罗斯的一个叫做萨罗瓦的小镇。到1949年夏天，他们已经制造出一颗准备在塞米巴拉金斯克试验的原子弹。

当年在阿尔扎马斯—16工作的物理学家们认为，如果试验失败，他们几乎肯定会受到严厉惩罚。他们的担心是正确的。

20世纪90年代公开的档案披露，当时的苏联领导人之一的贝利亚已拟好了一份如果原子弹试验失败，将被处决或监禁的主要物理学家的名单。但是原子弹爆炸成功了，这些物理学家全都得到了勋章。

前苏联科学家们知道怎样保守秘密。整个20世纪70年代，阿尔扎马斯—16城所有居民的证件上都是用同一个地址：莫斯科十月大地街1号36号楼。那只是莫斯科的一座普通的公寓楼。后来，当那里的居民得知曾有10万人“居住”在他们的楼里后都大吃一惊。

实际上，阿尔扎马斯—16城里的杰出科学家都住在宽敞的别墅里。城里最漂亮的一座别墅是为著名物理学家萨哈罗夫建造的。不过他拒绝住进去。

这里的居民住在铁丝网后面。所有安全措施都像是在国境线上，地上撒了沙子以显示脚印，边界哨兵配备着冲锋枪和军犬，日夜守卫着这个国中之国。

过去几年俄罗斯发生了翻天覆地的巨变，而阿尔扎马斯—16城却依然如故。

这样，阿尔扎马斯—16的处境就很困难了；到了1993年，阿尔扎马斯—16城的居民有3个月拿不到工资。他们聚集在市体育馆，扬言要罢工。后来在政府答应支付部分欠款后，才避免了工作人员的这场罢工。有的科学家说：“太让人难过了，我觉得我们成了我们国家不需要的人了。”另外一些人则盼望有朝一日权威物理学家能比列车员挣得多。

冷战结束后，俄罗斯经济出现衰退，严重地威胁着阿尔扎马斯的生存，居住在这里的10万居民要重新寻求出路。

后来阿尔扎马斯和美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国立实验室谈判，同意联手共同进行核合作研究。在3号试验场进行了首次爆炸装置起爆试验，结果证明，俄罗斯拥有最好的爆炸装置，而美国拥有最好的监测设备。双方已进行了18次联合实验。据报道，20世90年代中期，洛斯阿拉莫斯实验室和美国能源部所属的其他实验室已提供阿尔扎马斯每年运营经费的10%，约500万美元，双方合作的领域是反应堆安全和清除污染等技术。

由于双方合作顺利，使阿尔扎马斯许多核武器专家能安心留下来。

拥有9500名造诣较高的科学家和工程师的阿尔扎马斯市，环境优美，自然条件独特。近年来，除与美国合作外，也在“军转民”上寻找出路，其“军转民”产品已占总产值的10%～15%，这个比例今后计划要提高到50%以上。

作为威慑力量的核武器，过去，它已经为寻求和平，沟通人类感情和国家之间的理解，并为保卫世界和平作出了贡献。目前，正在从它至高无上的全盛时期跌落下来。

带有放射性的核能正在人类社会生活中寻找新的位置。但核能无论定位如何，其价值将是永恒的，由于其蕴藏的巨大能量，今后它将为造福人类立新功。

就中国而言：

第一颗原子弹爆炸成功后的几天，周恩来总理就询问有关河西走廊上空放射性烟云的情况。正是在周恩来总理的关，心下，我国早在1964年，就考虑到核试验从大气层转向地下发展的趋势，制定了平洞、竖井试验场的各种方案。

国家卫生部1975年组织大批医务工作者对敦煌、酒泉等地区进行了大规模的居民健康调查。调查结果显示，中国进行有限的核试验至今没有发现对居民健康有不利的影响。卫生部的实测数据还表明，全球性的放射性污染，主要是由于当时的苏联与美国进行核爆炸引起的。他们两家的核试验造成的核污染占总污染量的90%以上。

20世纪60年代，有一次核试验前，投弹飞机正在准备起飞。国务院的会议厅里，周总理仔细询问了核爆炸云的走向，当他确信放射性烟云的下风不可能到达某国上空时，他才批准了核爆炸试验。

强烈的责任感、历史感和忧患意识萦绕在中国核决策人员的心头。

1986年，国际和平年。这年春天，中国政府宣布：中国已多年未进行大气层核试验，今后也将不再进行大气层核试验。秋天，人们在第一颗原子弹爆炸中心竖起一块花岗岩纪念碑。

蘑菇云从罗布泊上空消失了。大漠深处，当年大气层核试验的指挥部变成一堆废墟，驻扎过试验大军的营盘成了黄羊的乐园。

有人曾发出这样的感慨：如果当初我们不搞原子弹、氢弹、导弹，而把那些人力、物力用来建造高层公寓和立交桥，用来制造汽车和家电，岂不更好？

中国的政治家及军事科学家们是这样回答的：

“这当然是美好的愿望。可是如果我们没有原子弹、氢弹，没有火箭，卫星，我们能有今天的地位吗？我们能有这样一个和平安宁的环境来搞建设吗？”

是的，昨天，为了不再任人欺凌，为了国家的独立、主权和尊严，我们铸造起和平盾牌；今天，为早日实现最终消除核武器的崇高目标，中国向世界宣告：暂停核试验。

现在，世界进入了一个新的格局，世纪之交的最大的挑战是经济和科技的挑战。

中国改革开放以来，特别是确立社会主义市场经济体制以后，国防科技工业最先感受到现实涌来的时代大潮。长期处于神秘状态的核技术已经撩开了面纱，和船舶、航空、航天工业一样走向民间。

核电的光明正在走进寻常百姓家。中国已形成从核电科研、设计、试验，到各种大型设备加工制造、施工、安装、调试等完整的核电体系。

核技术在农业上的应用，每年为国家增产粮食40亿公斤。核技术应用于医学，也在中国得到发展，现在全国每年接受核医学治疗的病人达400万人次。

作为在核领域中耕耘的广大科技人员，也正在从“造原子弹的不如卖茶叶蛋”的困境中走出来。

中国的核能及核技术正在转向。

核武器中的“弹芯”，可以让它变成蘑菇云，危害人与生物圈；但是，经过稀释加工后，也可以让它向人类输送电力，造福于社会，原子弹里能够飞出“核凤凰”。