核科學與技術學院核科學與技術基地班（放射化學方向）史磊校園卡號320120908271放射化學與我們的生活從原子彈的發明到日本福島核泄漏事件，人們面對“核”總是談之色變，對核有關的東西總有一種抵觸，但是核對人類的生活社會的發展又有多么大的貢獻呢？所以，我就以放射化學為例，論述其對我們生活和社會的意義。189奔倫琴發現X射線。同年貝克勒爾研究X光管的玻璃發生熒光的原因，用硫酸鈾酰鉀晶體作熒光粉時，發現用黑紙包裹的感光板受不發光也不放電的鈾鹽作用而感光，其中以金屬鈾的感光作用最強。貝克勒爾稱之為鈾光，從而發現了放射性現象。189弭居里夫婦為了尋找放射性的來源，創制了測量放射性的專門儀器，測量各種物質的放射性，發現有些鈾礦物及包礦物的放射性比純鈾或純牡強，認為在這些礦物中含有量很少、但放射性很強的物質。他們應用化學分析分離原理結合放射性測量的新工作方法，相繼發現針和鐳，從而誕生了一門新學科一一放射化學。放射化學的應用已深入到人類物質生活的各個領域，例如核電站和核艦艇使用的核燃料，工業、農業和醫學中使用的放射性標記化合物，工業探傷、測井（石油）、食品加工和腫瘤治療等。放射性元素分為天然放射性元素和人工放射性元素兩類。放射性元素（確切地說應為放射性核素）最早應用的領域是醫學和鐘表工業。鐳的輻射具有強大的貫穿本領，發現不久便成為當時治療惡性腫瘤的重要工具;鐳鹽在暗處發光，用于涂制夜光表盤。放射化學與我們的生產生活密切相關，而且和平開發利用核能會帶給人類巨大的能源，解決能源問題。上世紀70年代，西方石油危機造成油價猛漲。197奔，法國政府作出了大規模發展核電的決定。通過發展核電，法國的能源自主率從197許的22.7%提高到了今天的50%。現在，法國有53座核電站，裝機容量6295萬千瓦，占總發電量的76.4%。法國因此每年減少石油進口8800萬噸，節約240億歐元。1991年，中國自主設計建設的第一座核電站秦山核電站建成投產；1994年建成大亞^^核電站；1996年開始，中國自主設計建設了秦山二期核電站；與國外合作建設了嶺澳核電站、秦山三期核電站和田灣核電站。截至2004年7月，共有9臺核電機組投入生產，總功率701萬千瓦?，F在中國的核電站已有12座。據統計，世界30個國家和地區運行的核電機組共有439個。其中美國是世界上核電站最多的國家，擁有104座，核電占該國總發電量的比例為19%。俄羅斯有31座，歐盟有16國擁有核電站，核電站總數158個。隨著人類社會發展，人口增長，人類對能源的需求日益增長，石油，煤礦等化石燃料的不合理開發使用，這些不可再生資源的燃燒產生的二氧化碳，二氧化硫等氣體，會導致溫室效應，酸雨等對人類危害的自然狀況。而核能源是污染極小的，一般情況下不會對大氣水資源造成污染，而且能量巨大。也許，有些人擔心核泄漏造成的危害，但是社會在發展，技術在進步，我們會科學安全發展核能，讓核給人類造福。核化學也是一種可以為人類服務的學科。化學是人類發展的，是為人類科學進步而服務的，它與我們的生活息息相關，無論衣食住行，我們都離不開化學。通過一年的化學與生命學習，漸漸地了解了生活中的一些現象，規律，同時也了解了怎樣的生活才能更加健康，更加營養。無論是有機化學，無機化學，放射化學，它們都對我們的日常生活有很大的影響，生命的演化離不開化學，我們的日常生活離不開化學?？茖W的發展化學，利用化學知識，才能更好地為人類造福。放射性并不可怕，主要是我們如何去利用它，發展它。利用它使得生活更加便利補充資料：當今核時代一一世界核能發展和中國核能利用狀況一、世界核能發展的動向已經過去的二十世紀是一個科技成果豐碩的世紀，其偉大科技成果之一，是人們打開了核能利用的大門。1905年，愛因斯坦在其著名的相對論中列出了質量和能量相互轉換的公式：能量二（質量）X（光速）2這一公式表明，少量的質量能轉換為十分巨大的能量，揭示了核能來源的物理規律。1938年，科學家們發現了鈾-235的裂變現象：鈾原子核裂變的同時，釋放出巨大的能量，這個能量來源于原子核內核子的結合能，它恰好相等于核裂變時的質量虧損。這一發現，使核能的利用走向現實。核能的和平利用始于上世紀五十年代初期。1951年美國利用一座軍用反應堆的余熱試驗發電，電功率200kW1954年，蘇聯建成世界上第一座核電站，電功率5000kW之后，英國和法國相繼建成一批軍民兩用的氣冷堆核電站。1957年，美國建成了電功率9萬kW的世界上第一座壓水堆核電站。那時，各有核國家在抓緊核武器競賽的同時也競相建造核電站。至七十年代進入了發展核電站的高潮，那時核電站增長的速度遠高于火電和水電。雖然自上世紀八十年代以來核電發展建設的速度相對緩慢下來了，但由于核電站有著不可取代的優越性，法國、日本、韓國等仍堅持了以發展核電為主的方針，并取得了卓越的成效。我國發展核電的決心也堅定不移，自行設計建造成功的秦山核電站于1991年并網發電，進口的大亞灣核電站也于199孫并網發電?！熬盼濉逼陂g已開工建設的八套核電機組中，有二套已于今年投產發電。近十多年來，以美國為首的工業發達國家對核電的前景又進行了認真的研究。美國電力研究院根據其研究成果于九十年代發表了《先進輕水反應堆用戶要求文件》，認為根據核電已有的經驗和技術水平，是能設計出新一代核電機組，使其安全性和經濟性都顯著提高，是能取得廣大公眾和用戶的充分信任的。之后，歐洲各國電力界也相繼提出了《歐洲用戶對輕水堆核電站的要求》文件，表達了與美國相同和相似的看法。去年（2001年）4月，美國總統布什在其《能源政策報告》中再次表明了美國政府支持發展核電的決心和信心，指出：發展核電是美國能源政策的重要組成部分。2001年10月在里約日內盧召開的世界能源大會再次肯定了發展核電的必要性和可行性。核電已開始在國際上復蘇。二、核能在能源中的地位能源是人類社會的生命線，一個國家開發和利用能源的水平，標志著這個國家的生產力水平、文化水平和人民生活水平。在十九世紀產業革命之前，人類消耗能源的增長，相當緩慢。產業革命以來，由于經濟的發展，能源耗量也迅速增長。近一百年來，世界能耗增長了二十倍。在上世紀五十年代，世界能源年耗量相當于26億噸標準煤，至八十年代初已超過年耗量100億噸標準煤。2000年世界能源的年耗量已超過180億噸標準煤。但是，迄今為止，世界耗能的85%勻來自燃燒煤、石油、天然氣等有機燃料。大量燃燒有機燃料所產生的二氧化硫、二氧化碳、氧化亞氮和煙灰等物質，給人們帶來深感憂慮的環境影響問題。而且，這些有機物質消耗量的巨大增長，使它們在地球上的儲量日益面臨枯竭。人類已經面臨選擇后續替代能源的問題。自然界中，除有機燃料外，核能、水力、風力、太陽能、地熱、潮汐能也都是可資利用的能源。水力是無污染的能源，應充分開發使用，但水力資源終究有限，且受地理條件限制。水力發電量又隨季節變化很大，故光*水力滿足不了日益增長的能源要求。太陽能、潮汐能、風力、地熱等受多種條件限制，只能在一定條件下有限開發，很難大量使用。多種預測資料表明，即使做較樂觀的估計，上述這幾種能源中每種在能源總耗量中的比例，都很難超過1%現在，技術上已較成熟，且能大規模開發使用的，唯有核能。目前，世界上正在運行發電的核電機組已有438座，總電功率為三億五千多萬千瓦，核電占世界總發電量的17%法國核電占全國總電量的比例已達76%故從人類對能源要求的前景來看，發展核能將是必由之路。這是因為核能有其無法取代的優點。三、核能的優點（一）核能是地球上儲量最豐富的能源，又是高度濃集的能源。一噸金屬鈾裂變所產生的能量，相當于270萬噸標準煤。按照地球上有機燃料的儲量和人類耗能的情況來估算，地球上煤的儲量大概再過200多年即將耗盡，石油則只夠用約40年。人類已經面臨如何選擇后續能源的問題。地球上已探明的核裂變燃料，即鈾礦和社礦資源，按其所含能量計算，相當于有機燃料的20音，只要及時開發利用，即有能力替代和后續有機燃料。更進一步說，地球上還存在大量的聚變核燃料笊，能通過聚變反應產生核能。一噸笊聚變產生的能量相當于1129萬噸標準煤。笊即重水中的“重氫”，自然界中無論海水或江、湖水都有七千分之一的重水含量，故地球上存在約40萬億噸笊。所以聚變反應堆成功以后，能源真可謂取之不盡，用之不竭，人類將不再為能源問題所困擾了。（二）核電是清潔的能源，有利于保護環境。目前世界上大量燃燒有機燃料的后果是相當嚴重的。燃燒后排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亞氮等氣體，不僅直接危害人體健康和農作物生長，還導致酸雨和大氣層的“溫室效應”，破壞生態平衡。比較起來，核電站就沒有這些危害。核電站嚴格按照國際上公認的安全規范和衛生規范設計，對放射性三廢，原則上是回收處理儲存，不往環境排放。排往環境的只是處理回收后殘余的一點尾水尾氣，數量甚微。故核電被譽為“清潔的能源”。（三）核電在經濟上也有優勢。發電廠每度電的成本是由建造折舊費、燃料費和運行費這三部分組成，主要是建造折舊費和燃料費。核電廠由于特別考究安全和質量，建造費比火電廠高，一般要高出30%-50%但燃料費則比火電廠低很多，火電廠燃料費約占發電成本的50%-60%而核電廠的夕^料費則只占20%-30%總的看起來，一般來說核電廠發電成本與燃煤電廠成本相當，而在需要遠距離運煤的地方，則要低15%-30%我國臺灣省核電廠成本僅是那里燒石油電廠成本的二分之一。（四）核電廠燃料的運輸量只及相同容量煤電廠煤炭運輸量的十萬分之一。以田灣核電廠為例，它兩套機組的總容量為200萬千瓦，每年只需核燃料48噸。如果是相同容量的燒煤電廠，每年就需燒煤600萬噸?！氨泵耗线\”一直是我國交通運輸的沉重負擔。可見從緩解交通運輸的壓力來看，發展核電也很有必要。（五）以核燃料代替煤和石油，有利于資源的合理利用。煤和石油都是化學工業和紡織工業的寶貴原料，能以它們制造出多種產品。它們在地球上的蘊藏量是很有限的；作為原料，它們要比作為燃料的價值高得多。所以，從合理利用資源的角度來說，也應逐步以核燃料代替有機燃料?？傊?，核能的優點終將為人們所確認。它的利用是解決能源問題的必由之路。四、我國核電發展的情況我國是重視核能發電的。早在1955年中央制定原子能發展計劃12年大綱中就提出：“用原子能發電是動力發展的新紀元，是有遠大前途的。，，在有條件下應用原子能發電，組成綜合動力系統”。1974年周恩來總理批準了30萬千瓦壓水堆核電站方案，作為科技開發項目，列入了國家計劃。這就是秦山核電站的由來。這座我國第一座自行設計自主建設的核電站經過成功的研究、設計和建造后，于1991年12月15日并網發電，結束了我國大陸無核電的歷史。從法國成套進口的廣東大亞灣兩臺90萬千瓦的核電機組，也分別于199孫和1994#并網發電。這兩個核電站為我國核電發展創造了良好的基礎。在黨中央和國務院的重視和關懷下，九五期間我國已開工建設的核電機組有八套，其中：.自行設計建造的秦山二期，有二套60萬千瓦級壓水堆核電機組，已于1996年6月正式開工，具第一套機組已于2002年2月并網發電，5月達到滿功率運行。.廣東嶺澳核電站，與法國合作建設二臺90萬千瓦級壓水堆核電機組，已于1997年5月正式開工建設，其第一套機組已于2002年5月投入商業運行。.秦山三期核電站，與加拿大合作建設二臺重水堆70萬千瓦級機組，已于1998年6月開工建設，預計其第一套機組將于2002年11月并網發電。.江蘇連云港田灣核電站，與俄羅斯合作建設二套100萬千瓦級壓水堆核電機組，已于199處10月開工建設，預計其第一套機組將于2004#建成發電。這八套機組全部建成后，連同現已建成發電的三套機組一起，將使我國核電裝機容量達到約900萬千瓦，約占全國總發電能力的3%黨中央在“十五”規劃中已確定了要“適度發展核電”的方針，目前國家各有關部門正在研究制定具體發展方案，并研究解決大型（單機功率100萬千瓦以上）核電站的國產化問題，即實現：“自主設計，國產設備，自行建造，自主運行管理”，為今后更大的發展創造條件。止匕外，我國援助巴基斯坦建設的30萬千瓦壓水堆核電站，在秦山經驗和科技儲備的基礎上設計建造，已于2000年建成發電。這是我國第一座出口的核電站。五、核能利用的發展前景核能的利用將是人類解決能源問題的必由之路。它在能源生產中所占分量必將逐步加大。然而，核能的開發利用是一個循序漸進的長期過程，一般說來應按其科技難度的不同，分為三步發展：即熱中子反應堆、快中子增殖堆和可控聚變堆三步第一步是熱中子反應堆的應用。這是指堆芯內有慢化劑，將快中子慢化為熱中子工作的反應堆。目前世界上絕大多數核電站裝備的都是熱中子反應堆。熱中子堆的主要缺點是它的核燃料利用率很低。在開采、精煉出來的鈾中，只有約1噓旨在熱中子堆中裂變產生核能，99嗡B將作為貧鈾（其中含鈾-235約僅0.2%,其余99犯上都是鈾-238）積壓下來，要等待快中子增殖堆方能大量利用。第二步是快中子增殖堆的應用?？於炎畲蟮膬烖c是它能充分利用核燃料。在快堆里，不易裂變的鈾-238能在吸收中子后轉變為易裂變的缽-239。也就是說，快堆在消耗裂變燃料以產生核能的同時，還能生成相當于消耗量1.2?1.6倍的裂變燃料。這樣，就可以把熱中子堆所積壓的鈾-238在快堆中充分利用。五十年代以來，美、英、法、蘇等國都集中相當力量研究建造快堆。至八十年代陸續建成了幾座快堆核電站，基本上證實了鈉冷池式快堆在工業技術上的可行性。然而，通過這些快堆的研制，專家們也認識到，快堆在工藝技術上的難度，如防止鈉積渣和鈉水反應等問題，都比當初想象要復雜得多。由于要對付這些難題，使得快堆的工藝系統相當復雜，投資甚大，發電成本甚高，因此就沖擊了它在燃料上的優越性。如何促使快堆技術成熟，工藝簡化，從而使經濟性提高，是反應堆專家們在快堆上的主攻任務。估計要到2033后，快堆才有可能取得對熱堆的優勢，從而逐漸取代熱堆，成為二十一世紀核能利用的主力堆型。第三步是可控熱核聚變堆。聚變堆成功后，水中的笊足以滿足人類幾十億年對能源的需求。然而，實現持續的可控聚變，難度非常大。主要問題是怎樣把溫度高達幾千萬度以上的等離子體約束在一起，使其起聚變反應。各國已建造多種類型的試驗裝置200多臺，向上述多種途徑聚變點火目標探索前進，已露出勝利的曙光。預計到2050年前后能實現原型示范的可控聚變堆，發展到經濟實用的階段還有一段艱辛的道路，但它的前景是光明的。當前，我國已投入運行和正在建設的核電站，主要采用壓水堆，也有兩套重水堆，它們都是熱中子反應堆。預計到二十一世紀前50年，熱中子反應堆仍將繼續建造，并在安全、功能和經濟效率上進行改進，著重研制具有“固有安全性”和“非能動安全系統”，能抗御嚴重事故，無需廠外應急的反應堆，并將核電機組壽命由目前的40年延長到60年。核電機組單機功率可以是30萬千瓦、60萬千瓦和100萬千瓦乃至100萬以上千瓦，以發展100萬和100萬以上千瓦的機組為主，實現國產化。快堆的優點也為我國領導人和專家所共識。為了給核電的第二步發展創造條件，“863”高科技規劃決定，把研究、設計、建造一座熱功率6.5萬千瓦、電功率2.5萬千瓦的快堆試驗性電站作為重點高科技項目列入，現已開工建設。與此同時，863規劃還決定設計、建造一座熱功率為一萬千瓦的高溫氣冷堆。這是一種先進的熱中子堆型，其冷卻堆芯的氮氣溫度可達800?1000C,除了能高效發電外，還可用于煉鋼、煤的氣化、氫氣生產等；但其技術難度也高，一系列高溫工藝和氫密封技術有待克服?？煽責岷司圩兌训难芯浚言诤斯I西南物理研究院和中國科學院合肥物理研究所同時進行了多年，已取得研制成功“環流一號”、“環流二號”和“HF7”三座托卡馬克裝置等令人矚目的成果，并正在擴大國際合作，以期能與國際上的研究接軌，同步進行?？傊覈四荛_發利用的前景是光明的，但這終究是一個長期的大系統工程，既要解決為國民經濟服務的大量工程技術問題，又要為下一步發展進行系統的預先研究和基礎研究，牽涉到的學科范圍也十分廣泛。因此，必須遠近結合，高瞻遠矚，全面考慮，統籌安排，認真落實。我們相信，在國家的統一規劃和扶植下，在人民群眾的積極支持下，我國核能的開發利用，必將結出豐碩成果。核能一環境友好的綠色能源我國環境污染已成為經濟和社會可持續發展的一個重要問題。在眾多的污染中，能源引起的污染是污染的一個重要來源。我國大氣污染嚴重，能源是大氣污染的主要來源?；剂?，特別是煤又是能源污染的主要來源。中國經濟和社會的可持續發展，必須建立在能源和環境協調發展的基礎上。核能是解決這一問題的可能現實途徑。世界和我國核能發展的歷史說明，核能是一種安全清潔的能源，是一種環境友好的能源。一、核能是減小我國環境污染和生態惡化的有效途徑對我國90年代中期現有煤電鏈和核電鏈對環境的影響進行了比較研究。煤電鏈是指從采煤、洗煤、運輸、發電到廢渣的利用和處置。核電鏈是指從鈾的開采、水冶、轉化、濃縮、元件制造、發電、后處理到廢物處置。煤電鏈是基于90年代中期的全國平均值。對核電鏈，天然鈾開采和提取是基于全國的平均值，濃縮是采用擴散廠的數據，元件制造是根據秦山元件制造的實測數據，核電廠則采用了秦山核電廠和大亞灣核電廠的實測數據。比較研究的結果是：（1）對公眾健康的影響。從對公眾產生的輻射照射看，煤電鏈為420人.Sv（G^a）-1,核電鏈為8.39人.Sv（G整）-1。煤電鏈約為核電鏈的50音。就非輻射而言，采用健康危害評價方法，煤電鏈為12人（G整）-1,核電鏈為0.67人（6頓）-1,煤電鏈比核電鏈高1個數量級。（2）對環境的影響。對煤電鏈，在正常情況下就可觀察到排出SQ和NQ等對森林、農作物等的明顯影響。根據“我國酸沉降及其生態環境影響研究”課題的研究結果，1993年酸雨和SQ對江蘇等東部七省農作物造成的經濟損失為37億，森林為60億，估算1995年排放S0的酸沉降影響對全國農作物和森林造成的經濟損失為993億元，加上對人體健康的影響，則達1165億元。如果加上對水體、建筑物、橋梁和設備等造成的危害，損失就更大了。對核電鏈，除切爾諾貝利事故外，未發現可察覺的影響。固體廢物占地面積，煤電鏈約為2.1X104m2（GWa）-1;核電鏈為1X104m2（G整）-1。地表塌陷，煤電鏈約為1X106m2（G整）-1;核電鏈要小得多，僅為1.6X102m2（G^a）-1。由上述比較可見，發展核能可以有效地減小我國環境污染和生態惡化。二、核電站對環境的影響是微小的我國核工業三十年輻射環境質量評價表明：核工業對評價范圍內居民產生的集體劑量小于同一范圍內居民所受天然劑量的萬分之一。核設施周圍關鍵居民組（指所受劑量中最大者）所受劑量基本上均小于天然本底的十分之一。即都在各省市平均天然輻射照射年劑量的漲落范圍內。秦山核電廠和大亞灣核電廠運行時的環境監測結果表明，沒有發現對周圍輻射環境產生可察覺的影響，核電廠周圍關鍵居民組所受劑量小于天然本底的百分之一。如前所述，核電站排出的放射性流出物在周圍環境中產生的輻射劑量小于天然本底輻射的百分之一。生物對輻射的敏感性通常均低于人類。在除人以外的各種生物中，哺乳動物是最敏感的，其次是鳥類、魚類、爬行動物和昆蟲。植物呈現出范圍很寬的敏感性，且通常與動物的敏感性范圍相重疊，但都低于哺乳動物。所以在正常情況下，核電站排出的放射性流物不可能對環境產生任何影響。在切爾諾貝利事故后觀察到了生物個體和種群的損傷。但尚沒有有關某一物種的種群由于輻射照射而滅絕的報道。在所有的地區，種群均在長期慢性照射條件下生存。而隨后的2?2.5年里，種群得到了恢復。沒有觀察到對動物種群或生態系統的持續嚴重影響。核電站排入水體中的放射性物質對水生生物產生的劑量率比天然本底對水生生物產生的劑量率低得多。無論從實驗室的研究結果看，或從天然水體中的研究結果看，均不可能對水生生物產生可察覺的影響。核電站排出的廢熱水可以引起局部水域水溫的升高，但均可控制在環境水質標準以內。冷卻水的夾帶效應和沖擊效應也十分有限。我國和世界各國核電站運行的結果表明，尚未發現核電冷卻水系統對水生生物產生明顯的有害影響。三、核電鏈是安全的工業對90年代中期我國現有煤電鏈和核電鏈安全比較的結果是：對工作人員的健康的影響。從輻射照射看，煤電鏈為90人Sv（GWa-1,核電鏈約為8.91.Sv（GWa-1人，煤電鏈約為核電鏈的10倍。從塵肺看，煤礦為21.6例（GWa-1,鈾礦為4.4例（GWa-1。煤礦為鈾礦的5倍。急性事故死亡率。煤電率為35人（6整）-1,核電鏈為0.6人（GWfe）-1。煤電鏈約為核電鏈的60倍。可見核電鏈是一種安全的工業。核電鏈是安全的工業。切爾諾貝利事故并不能改變“核能是安全的能源”這一結論。但切爾諾貝利事故的影響被極大地夸大了，在廣大公眾中造成了深刻的影響。研究和澄清這些影響將是一項長期艱巨的任務。聯合國原子輻射效應科學委員會綜合研究和分析了有關切爾諾貝利事故的資料，在其給聯合國的2000年報告書中專門論述了這個問題。其主要結論是：“切爾諾貝利事故幾乎立即造成了很多嚴重輻射影響。在1986年4月26日早晨出現在事故現場的600名工作人員中，134人受到高劑量照射（0.7?13.4Gy）并患放射病。在這些人當中，有28人在頭3個月中死亡，另外有兩人在事故中因其他原因立即死亡。此外，在1986年和1987年間，約20000的恢復工作人員受到劑量為0.01?0.5Gy。這個群體存在潛在的晚期后果的風險（如癌癥和其他疾?。?，他們的健康問題受到密切的跟蹤研究”?！俺齼和瘯r期受到照射之后出現甲狀腺癌癥增加外，沒有觀察到可歸因于電離輻射的各種癌癥發生率或死亡率的上升。人們主要關心的疾病之一一白血病（白血病是輻射照射后癌癥發生潛伏期最短的病癥，潛伏期一般為2?10年）的危險沒有表現出增加，甚至在恢復工作人員中也是如此。同時，也沒有發現一些其他的非惡性疾病與電離輻射有關的證據。但是事故對人們的心理影響是廣泛存在的，這主要是懼怕輻射，而不是由于實際受到的輻射劑量”。切爾諾貝利事故引起輻射急性死亡為28人，慢性效應也很小。卻為何常常在報刊上出現“死亡7000人”的報道人呢？俄羅斯資深防護專家L.A.伊連在所著的《切爾諾貝利：神秘與真相》一書中闡明了這一數據的來源：“1991年國外多個出版物聲稱7000名應急人員業已因輻射死亡。按國家統計委員會數據，1989年全蘇20?49歲段的年死亡率為455/100000。此值在2?3年內無明顯漲落，對于20?49歲段內30萬人的群體每年死亡13