全世界目前有超过450座核电厂在运行,它们每年为全球提供大约10%的电能。虽然核电满足了人类日益增长的用电需求,但它带来的安全隐患同样巨大。
自1957年起,全球已经发生了29起重大核电事故。最严重的无疑是1986年切尔诺贝利的核事故。当年4月26日晚上,切尔诺贝利核电站的4号反应堆发生了剧烈爆炸,导致超过8吨的核辐射物质泄漏。事故波及了超过320万人,直接或间接造成17万人死亡,超过6万平方公里的土地被严重污染。时至今日,切尔诺贝利依然是一个人类无法接近的禁地。 2011年福岛核事故则因地震引发了堆芯破裂并发生爆炸,同时海啸又让大量核废水排入海洋,这场灾难的严重性与切尔诺贝利不相上下。虽然已经过去了11年,但福岛核事故的阴影依然未能消散。更让人揪心的是,日本政府正在悄悄将福岛的核废水排放到海洋中,这让全世界都对辐射风险感到担忧。 从切尔诺贝利到福岛的核事故,我们可以看到,虽然核能在技术上取得了进步,但人类并没有完全掌控它。当前全球运营的400多座核电站,无疑像一颗颗定时炸弹,随时可能带来新的灾难。然而,尽管如此,全球对核电的依赖并没有减弱,反而在逐步加大其在能源结构中的比重。 全球核电的平均占比为12%。在这些国家中,法国的核电占比最高,达到了75%;乌克兰紧随其后,占比49%;韩国为35%;日本为29%;德国为26%;美国的核电占比约为20%;英国和俄罗斯为18%;而加拿大的核电占比为15%。在这些数据中,我们可以看到,虽然核电存在巨大的安全隐患,但它在全球能源体系中的地位依然举足轻重。 相比之下,中国的核电占比目前仅为5%。然而,中国作为全球最大的用电国,其核电发电量并不小。在2019年,中国的核电发电量达到了3300万千瓦时,仅比法国少了520万千瓦时。更为重要的是,中国对于核电发展有着明确的规划,预计到2025年,核电的装机容量将达到7000万千瓦时,约为法国的1.8倍。可见,无论是发达国家还是大国,都对核电寄予厚望,哪怕是曾因核电受害的日本,其核电占比也高达29%。这就是核电的魅力,尽管它的风险如此之大,但人类仍然无法舍弃它。 与传统的化石燃料相比,核电是一种相对清洁的能源。与风电、水电、太阳能等再生能源相比,核电并不受时间和地点的限制。举个简单的例子,我国大部分电力来源于煤炭,每燃烧一吨煤炭,能够发电5000度,而同时排放1.75千克的二氧化硫,0.715千克的烟尘,以及4.15千克的氮氧化物。除此之外,煤电还排放大量温室气体,给环境带来严重污染。 而核电的燃料是铀235,一吨铀235可以发电约75亿度电,几乎不产生废气和废料。相比之下,风电、水电和光伏电等再生能源,都有自然条件的限制。例如,水电只能建在地势较高的山区或峡谷,而光伏电在夜晚无法发电。核电几乎没有这些限制。随着核反应堆小型化,核能已经被应用于汽车、轮船、飞机,甚至是航天飞船的动力系统,推动人类不断迈向太空。 然而,核电唯一的缺点就是偶尔发生的事故,一旦事故发生,后果往往是灾难性的核污染。但这一缺点并非无法克服。事实上,核反应的基本原理分为核裂变和核聚变。至今,全球核电站主要使用的是核裂变原理,即将重核分裂成轻核,释放出大量的热能,再通过这些热能驱动汽轮机发电。 而核聚变是另一种可能的能源获取方式,它的原理正好相反——将轻核合成成重核,同样释放大量热量。核聚变的燃料是氘气,这种过程不会产生放射性物质,且释放的能量远远超越核裂变。核聚变看似更具潜力,但它的实现条件极为苛刻,必须在高温高压的极端环境下才能发生。例如,太阳内部的温度达到1500万摄氏度,压力则超过2400亿个大气压,正是在这样的条件下,太阳能够持续进行核聚变反应。 然而,在地球上,我们无法复制如此极端的环境,因此科学家们试图通过提供极高的温度来弥补压力的不足。目前,科学界已提出两种核聚变的实现方式:惯性约束法和磁场约束法。其中,磁场约束法被认为是最有前景的方法。托卡马克装置就是目前最为典型的磁约束装置,它由一圈线圈围绕的真空室组成。通过强大的磁场,可以将等离子体加热到几亿度的高温,进而创造出实现核聚变所需的条件。尽管托卡马克装置被认为是实现核聚变的最可能方式,但其成本高达数千亿美元,距离工业化应用仍有二十多年的时间。与此同时,惯性约束法目前仅处于理论阶段,而冷核聚变依然停留在设想阶段。