核能新成果

❶ 核能的發展歷史

核能問世的准備時期，可以追溯到19世紀末至20世紀初。
19世紀末，英國物理學家湯姆遜發現了電子；1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線；1896年，法國物理學家貝克勒爾首次發現了天然鈾的放射性；1898年，居里夫人又發現了新的放射性元素釙和鐳；1902年，她經過4年的艱苦努力成功分離出毫克級的高純鐳；1905年，愛因斯坦提出了著名的質能轉換公式E＝mc2（c為光速，E為能量，m為轉換成能量的質量）。
1914年，英國物理學家盧瑟福通過實驗，確定氫原子核是一個正電荷單元，稱為質子。1932年，英國物理學家查得威克發現了中子。1938年，德國科學家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核，發現了核裂變現象。有些元素可以自發地放出射線，這些元素叫做放射性元素。放射性元素可以放出3種看不見的射線。一種是α射線，就是氦原子核。一種是β射線，就是高速電子。一種是γ射線，就是高能電磁波。其中γ射線的穿透能力最強。當中子撞擊鈾原子核時，一個鈾核吸收了一個中子而分裂成兩個較輕的原子核，同時發生質能轉換，放出很大的能量，並產生兩個或3個中子，這就是舉世聞名的核裂變反應。
在一定的條件下，新產生的中子會繼續引起更多的鈾原子核裂變，這樣一代代傳下去，像鏈條一樣環環相扣，所以科學家將其命名為鏈式裂變反應。1946年，在法國居里實驗室工作的我國科學家錢三強、何澤慧夫婦發現了鈾原子核的「三裂變」、「四裂變」現象。鏈式裂變反應釋放出巨大的核能，1千克鈾235裂變釋放出的能量，相當於2500噸標准煤燃燒產生的能量。只有鈾233、鈾235和鈈239這3種核素可以由能量為0.025電子伏的熱中子引起核裂變。它們都可用作核燃料，其中只有鈾235是天然存在的，而鈾233、鈈239是在反應堆中人工生產出來的。鈾235在天然鈾中的含量僅為0.7%。

❷ 中國國際核工業展覽會開幕，都有哪些新成果展示

“這個展覽會，展示了中國完整的核科技工業體系和自主創新成果。 ”
其中，中核集團、中國廣核集團等國內展商重點展示“華龍一號”、高溫氣冷堆建設等取得的新進展，海上浮動核電站、電子束輻照處理工業廢水技術等科技創新成果，以及核技術應用在抗擊疫情中發揮的重要作用。西屋電氣、法國原子能委員會等國際參展單位全面系統展示在核電、核燃料、儀器儀表、裝備製造及核技術應用等領域的最新成果和創新能力。 我們祖國的發展越來越強大，為大家創造了美好的幸福生活。

❸ 核能是現在重要的新能源，它與傳統能源相比有何優劣之處

核電站是目前新興的一種發電方式，其主要利用的就是可以控制速度的緩慢的核裂變來釋放能量。從而驅動發電機的主軸進行旋轉，產生電力。而且越來越多的國家開始建設屬於自己的核電站。之所以核電站能夠這么吃香，原因其實非常簡單，首先就是核電站在發電的時候，沒有任何污染物的傳輸。其次就是核電站使用中能源消耗其實非常少，而且堆芯更換的頻率也更小。最後就是核能並不是完美的，因為核電站是一個高耗水的設施，所以核電站基本上都建立在海邊。

最後就是核能的缺點，核能的缺點是必須要有大量的淡水進行冷卻。核電站的好處有非常多，但是其也不是完美無缺的，畢竟核電廠在進行發電的時候必須要大量的水對堆芯進行冷卻，所以核電廠的耗水量是非常大的，可以說基本上源源不斷的需要水資源。所以核電站的耗水量比正常的火電廠高了許多。

❹ 請就核能的開發和利用談談自己的看法

目前人類所使用的能源主要是化石能源，自19世紀70年年代產業革命以來，化石燃料的消費量急劇保持增長，90%以上的世界經濟活動所需的能源都依靠化石能源提供，由於大量消耗，這類資源正趨於枯竭；同時化石燃料的大規模利用也帶來了嚴重的環境污染，導致了溫室效應和全球氣候變暖等一系列環境問題。能源危機與環境危機日益緊迫，尋找新的清潔、安全、高效的能源是人類所面臨的共同任務。能源是人類社會和經濟發展的保障性資源，同時能源問題也是世界性的問題。
現代社會中，除了煤炭、石油、天然氣、水力資源外，還有許多可利用的能源，如風能、太陽能、潮汐能、地熱能等等，但是由於技術問題和開發成本等因素，這些能源很難在近期內實現大規模的工業生產和利用；而核能是一種經濟、安全、可靠、清潔的能源，同各種化石能源相比起來，核能對環境和人類健康的危害更小，這些明顯的優勢使核能成為新世紀可以大規模使用的安全和經濟的工業能源。開發利用核能、發展核電是實現人類社會和經濟可持續發展的必然選擇，清潔、高效的核能有著廣闊的發展前景。 一、 能源危機與發展核能的必然性
由於人類對化石能源的大規模開發利用，可供開採的化石能源日益衰竭，在世界一次能源供應中約佔87.7% , 其中石油佔37.3%、煤炭佔26.5%、天然氣佔23.9%。非化石能源和可再生能源雖然發展迅猛、增長很快, 但仍保持較低的比例, 約為12.3%。根據《2004年BP 世界能源統計》, 截止到2003年底, 全世界剩餘石油探明可采儲量為1565.8億噸, 2003年世界石油產量為36.79億噸, 即可供開采年限大約42 年。煤炭剩餘可采儲量為9844.5 億噸, 可供192 年，天然氣剩餘可采儲量為175.78 萬億立方米, 可供67 年。化石燃料在使用過程中也造成了嚴重的環境污染，溫室效應、酸雨和全球氣候變暖等全球性的環境問題不斷加劇，資源危機和環境危機使人類文明的可持續發展受到制約和挑戰。
在已知的可再生新能源中，由於技術上的困難和經濟性等因素，已開發的太陽能、風能、沼氣等均未能大規模利用，只有水電資源已大規模開發利用，盡管尚可繼續開發，但僅靠水電資源難以滿足經濟和社會發展的需求，由此看來 ，要使可再生能源達到全面應用並足以支持經濟持續發展的水平，還需要相當一段進一步開發的時期。由於新的可再生清潔能源目前面臨技術和成本的問題，只有核能是一種既清潔、又安全可靠且經濟上具競爭力的最現實的替代能源。 由於使用核能發電已使世界二氧化碳的排放減少了8%。所以在未來相當一段時期內，發展利用核能將成為21世紀人類應對能源危機和實現經濟可持續發展的必然選擇。
二、核能的發展歷程與開發利用現狀
1、核能發展的簡單歷程。
人類對核能的現實利用始於戰爭。核能的戰爭用途在於通過原子彈的巨大威力損壞敵方人員和物資, 達到制勝或結束戰爭的目的, 目前人類對核能的開發利用主要是發展核電, 相對與其他能源, 核能具有明顯的優勢。核電站的開發與建設開始於20世紀50年代，1954年，前蘇聯建成電功率為5000kW 的實驗性核電站；1957年，美國建成電功率為9萬kW 的希平港原型核電站；這些成就證明了利用核能發電的技術可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。20世紀70年代，因石油漲價引發的能源危機促進了核電的發展，目前世界上商業運行的四百多座核電機組大部分是在這段時期建成的，稱為第二代核電機組。第三代核電設計開始於20世紀80年代， 第三代核電站按照URD或EUR 文件或IAEA 推薦的新的安全法規設計，但其核電機組的能源轉換系統（將核能轉換為電能的系統）仍大量採用了第二代的成熟技術，預計一般能在2010年前進行商用建造。從核電發達國家的動向來看，第三代核電是當今國際上核電發展的主流。
2、世界核能的利用現狀與核電的發展。
隨著國際能源價格的進一步飆升, 2000年以來發達國家正在轉變其原有的核電發展態度, 調整原有的核電發展計劃。美國2005年通過能源政策法, 聯邦政府開始積極鼓勵建設新的反應堆。英國政府在2008年2月宣布將投巨資發展核電,在2020年以前, 新建反應堆6個, 使英國的電力供應提高18%。據國際原子能機構預測, 到2030年, 全球核電所佔份額將增加到27%。正在崛起的發展中國家能源需求旺盛, 其核能增長最快, 1999到2020年間將增長417% , 尤其是發展中的亞洲, 據世界原子能機構的統計, 未來65座正在興建或正在立項的核電站中, 2/3分布在亞洲各國。中國目前運行核電機組11個,核電比例為119 % , 核電裝機容量900萬千瓦, 計劃到2020年提高到4000萬千瓦。印度運行核電機組17個, 核電比例為216% , 計劃到2020年增加20至30個新核電機組，所以目前核電的擴展以及近期和遠期的發展前景仍集中在亞洲，亞洲地區尤其是發展中國家發展核電的勢頭強勁。
3 、核能的利用對環境造成的影響。
雖然核能具有來源豐富、安全、清潔、高效等明顯的優點，但是核能仍然可能對環境造成嚴重的污染，對人類社會和經濟的可持續發展造成重大損害。核能的利用對環境造成的污染主要是放射性污染。核能利用上的任何疏忽、無知、差錯，其結果並不亞於爆發一場小型核戰爭，有時甚至遺患無窮，給人類的生活乃至生存，投下可怕的陰影。目前核陰雲主要來自核廢料的嚴重污染，使用核能所產生的核廢料會產生危險的輻射，並且影響會持續數千年。當前對環境造成污染的放射性核素大多來自核電站排放的廢物，核電可能產生的放射性廢物主要是放射性廢水、放射性廢棄和放射性固體廢物。1座100萬KW的核電站1年卸出的泛燃料約為25t，其中主要成分是少量未燃燒的鈾、核反應後的生成物——鈈等放射性核素，核廢料中的放射性元素經過一段時間後會衰變成非放射性元素。此外，還有鈾礦資源的開發問題，由於鈾礦資源的開發造成的廢棄、廢水、廢渣等污染也不可忽視，對鈾尾礦也必須進行妥善處理，如果處理不好，將會覆蓋農田、污染水體，甚至對自然和社會都造成嚴重影響。只有加強核安全和輻射安全的管理，處理好放射性核廢料，合理科學地利用核能，才能保證核能安全的開發利用。 解決21 世紀初人類面臨發展的能源瓶頸, 傳統能源存量不足, 效率低, 污染大。目前的核能、水能、燃氣能中核能優勢明顯, 核電具有資源豐富、高效、清潔而安全的相對優勢, 水電資源的開發取決於長遠生態影響的評估和科學論證, 燃氣能受制於資源的存量, 其他可再生新型能源如風能、生物質能特別是太陽能由於成本高、效率低, 短期內難以成為能源供應主力, 因此未來核電將會不斷發展以緩解人類能源需求的燃眉之急，並能更好地保護環境和促進人類利益

❺ 新能源技術包括核能嗎

太陽能、氫能、核能、生物質能、化學能源、風能、海洋能和地熱能等領域的新進展，在太陽能補充了多晶硅太陽電池及多晶硅材料制備、聚合物太陽能電池、染料敏化太陽能電池、屋頂計劃和並網發電技術；氫能適合我國國情的煤氣化重整制氫和焦爐氣重整制氫技術；核能 第四代核能技術、高溫氣冷堆技術和核聚變堆進；生物質能 我國目前加大沼氣工程的建設，已形成年產沼氣數十億立方米的能力；化學能源 釩電池、微生物燃料電池及有機聚合物鋰離子電池等內容；「風能」 風機大型化技術。

❻ 核能給國家帶來了哪些影響

在早先的非市場經濟國家，宏觀管理體制及「罕轉民」的運行機制較差。先以中國為例。

中國在20世紀50～60年代，逐步形成了一套科技管理體制。當時，需要研究什麼項目，幾乎就成立什麼部院。此後，又成為國家一個個獨立的產業部門。例如，為實施原子能原子彈工程(當時稱「596工程」)，中國建立了第二機械工業部；為實施火箭導彈航天工程，中國建立了第七機械工業部。需要研究什麼學科或課題就成立什麼研究所或研究室。例如，二機部北京401研究所(對外稱中國科學院原子能研究所，即今中國原子能科學研究院)，101研究室是反應堆實驗室；201研究室，是加速器實驗室。每個部、所、室，都是一個龐大的機構；例如，二機部有30萬職工隊伍，5萬科技人員；401所且不說在「文革」以前，就是將放射性同位素應用、放射生物與放射醫學、堆工程、受控熱核反應以及高能物理等部分先後分出以後，在20世紀70年代，該所主要研究領域還有核物理、放射化學與放射化工、堆科學以及同位素制備等，共有21個研究室，連家屬及臨時工在內超過10000人。每個研究所都已形成了相當的規模，並牢牢地紮根於所在地區，「割據」成一大塊獨立的自然經濟式的科學城區，構成了一個「小社會」。必須指出，像401這樣的院所，在我國並非鳳毛麟角，中央各部委及中國科學院約有1000家(750所高等院校不算在內)。

中國的這種管理體制是模仿前蘇聯而逐步形成的。因此，中國和蘇聯解體後的俄羅斯等國，當今天面臨經濟轉軌時，在核工業等領域首先就有一個如何尋找出路的問題。

俄羅斯有座城市叫謝韋爾斯克，但人們在地圖上卻無法找到它。它的佔地面積不小，直徑達數十公里，人口約10萬。街道、廣場、住宅、工業區……都呈封閉狀。到處是哨兵、警衛、巡邏犬、警戒線。進入該市的一切車輛、行人及物品都要接受嚴格檢查。

這座城市籠罩著濃厚的神秘色彩。這簡直是座與世隔絕的城市。

謝韋爾斯克的秘密不久前才逐漸被披露，可以公開說出它的位置，離托木斯克大約半小時的路程。它於1954年建成，城內有西伯利亞化工聯合工廠，該工廠的主要產品是用於製造核武器的鈈，即原子彈「芯」。這就是這座城市的秘密所在。

這里的一切都編成了代碼，沒有真正的名字。

昔日，通過鐵路把謝韋爾斯克生產的鈈運到另外一座秘密的城市阿爾扎馬斯，在這里製造原子彈，訂貨單源源不斷。生產線年復一年地運轉，為國家製造核武器。

謝韋爾斯克的工廠目前處在半停產狀態。鈈的訂貨量只剩下原來很小的一部分。現在也不再把鈈運往任何地方了，直接貯藏在倉庫里。這里貯存的鈈足可以數次毀滅地球。

是美國人「挽救」了這座城市，他們決定向這里購買原子彈「芯」。於是，傳送帶現在開始反向工作：阿爾扎馬斯不斷地向謝韋爾斯克運送原子彈。在謝韋爾斯克工廠的一個專門車間里拆卸這些原子彈，從中提取鈈。想要進入這車間必須經過原子能工業部長的許可。

工廠要對鈈進行「稀釋」，使其成為核電站可以利用的普通燃料。美國人購買鈈的目的就在於此。

美國人的合同簽了30年，他們要購買500噸昂貴的燃料，謝韋爾斯克因此能夠定期發工資，而且沒有遣散專家。大家現在都能相當平靜地看待未來。

現在整個俄羅斯都發生了變化，這里同樣也受到了影響。過去要花2個月時間才能辦妥進入該市的許可證，現在只須不到一周。但進入該市依然需要辦理一系列手續。

俄羅斯的另一個核秘密城市則有著另一番景象。

位於莫斯科以東400公里的莫爾多維亞森林中有一個叫阿爾扎馬斯-16的禁區，這就是近50年來，俄羅斯聯邦的主要核武器設計中心。

在3號試驗場的四周修建了6米高的土堤，土堤外又種植了高大的松樹和白樺樹。多次的核爆炸就在這里進行。前蘇聯第一顆原子彈就是在阿爾扎馬斯-16設計的；世界最大當量為1億噸的氫彈也在此設計，並於1961年在此進行了爆炸試驗。前蘇聯第一枚洲際彈道導彈彈頭和第一枚彈頭分導重返大氣層運載工具，也都誕生在這里。

前蘇聯氫彈計劃創始人之一安德烈·薩哈羅夫曾在這里工作過20年。全俄羅斯約有3000名腦子里裝有核武器設計思想的科學家，其中有一半是在阿爾扎馬斯；另一半是在車里雅賓斯克。

被稱為「阿爾扎馬斯-16」的區域有10萬居民，因為有不少猶太核科學家，因而又被稱作「新耶路撒冷」。這是俄羅斯10個絕密城市中最神秘的一個，也是俄羅斯軍界、工業界集團的主要堡壘。

建設阿爾扎馬斯-16的工作是從1946年開始的，

那裡本是俄羅斯的一個叫做薩羅瓦的小鎮。到1949年夏天，他們已經製造出一顆准備在塞米巴拉金斯克試驗的原子彈。

當年在阿爾扎馬斯-16工作的物理學家們認為，如果試驗失敗，他們幾乎肯定會受到嚴厲懲罰。他們的擔心是正確的。

20世紀90年代公開的檔案披露，當時的蘇聯領導人之一的貝利亞已擬好了一份如果原子彈試驗失敗，將被處決或監禁的主要物理學家的名單。但是原子彈爆炸成功了，這些物理學家全都得到了勛章。

前蘇聯科學家們知道怎樣保守秘密。整個20世紀70年代，阿爾扎馬斯-16城所有居民的證件上都是用同一個地址：莫斯科十月大地街1號36號樓。那隻是莫斯科的一座普通的公寓樓。後來，當那裡的居民得知曾有10萬人「居住」在他們的樓里後都大吃一驚。

實際上，阿爾扎馬斯-16城裡的傑出科學家都住在寬敞的別墅里。城裡最漂亮的一座別墅是為著名物理學家薩哈羅夫建造的。不過他拒絕住進去。

這里的居民住在鐵絲網後面。所有安全措施都像是在國境線上，地上撒了沙子以顯示腳印，邊界哨兵配備著沖鋒槍和軍犬，日夜守衛著這個國中之國。

過去幾年俄羅斯發生了翻天覆地的巨變，而阿爾扎馬斯-16城卻依然如故。

這樣，阿爾扎馬斯-16的處境就很困難了；到了1993年，阿爾扎馬斯-16城的居民有3個月拿不到工資。他們聚集在市體育館，揚言要罷工。後來在政府答應支付部分欠款後，才避免了工作人員的這場罷工。有的科學家說：「太讓人難過了，我覺得我們成了我們國家不需要的人了。」另外一些人則盼望有朝一日權威物理學家能比列車員掙得多。

冷戰結束後，俄羅斯經濟出現衰退，嚴重地威脅著阿爾扎馬斯的生存，居住在這里的10萬居民要重新尋求出路。

後來阿爾扎馬斯和美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國立實驗室談判，同意聯手共同進行核合作研究。在3號試驗場進行了首次爆炸裝置起爆試驗，結果證明，俄羅斯擁有最好的爆炸裝置，而美國擁有最好的監測設備。雙方已進行了18次聯合實驗。據報道，20世90年代中期，洛斯阿拉莫斯實驗室和美國能源部所屬的其他實驗室已提供阿爾扎馬斯每年運營經費的10％，約500萬美元，雙方合作的領域是反應堆安全和清除污染等技術。

由於雙方合作順利，使阿爾扎馬斯許多核武器專家能安心留下來。

擁有9500名造詣較高的科學家和工程師的阿爾扎馬斯市，環境優美，自然條件獨特。近年來，除與美國合作外，也在「軍轉民」上尋找出路，其「軍轉民」產品已佔總產值的10％～15％，這個比例今後計劃要提高到50％以上。

作為威懾力量的核武器，過去，它已經為尋求和平，溝通人類感情和國家之間的理解，並為保衛世界和平作出了貢獻。目前，正在從它至高無上的全盛時期跌落下來。

帶有放射性的核能正在人類社會生活中尋找新的位置。但核能無論定位如何，其價值將是永恆的，由於其蘊藏的巨大能量，今後它將為造福人類立新功。

就中國而言：

第一顆原子彈爆炸成功後的幾天，周恩來總理就詢問有關河西走廊上空放射性煙雲的情況。正是在周恩來總理的關，心下，我國早在1964年，就考慮到核試驗從大氣層轉向地下發展的趨勢，制定了平洞、豎井試驗場的各種方案。

國家衛生部1975年組織大批醫務工作者對敦煌、酒泉等地區進行了大規模的居民健康調查。調查結果顯示，中國進行有限的核試驗至今沒有發現對居民健康有不利的影響。衛生部的實測數據還表明，全球性的放射性污染，主要是由於當時的蘇聯與美國進行核爆炸引起的。他們兩家的核試驗造成的核污染占總污染量的90％以上。

20世紀60年代，有一次核試驗前，投彈飛機正在准備起飛。國務院的會議廳里，周總理仔細詢問了核爆炸雲的走向，當他確信放射性煙雲的下風不可能到達某國上空時，他才批准了核爆炸試驗。

強烈的責任感、歷史感和憂患意識縈繞在中國核決策人員的心頭。

1986年，國際和平年。這年春天，中國政府宣布：中國已多年未進行大氣層核試驗，今後也將不再進行大氣層核試驗。秋天，人們在第一顆原子彈爆炸中心豎起一塊花崗岩紀念碑。

蘑菇雲從羅布泊上空消失了。大漠深處，當年大氣層核試驗的指揮部變成一堆廢墟，駐扎過試驗大軍的營盤成了黃羊的樂園。

有人曾發出這樣的感慨：如果當初我們不搞原子彈、氫彈、導彈，而把那些人力、物力用來建造高層公寓和立交橋，用來製造汽車和家電，豈不更好?

中國的政治家及軍事科學家們是這樣回答的：

「這當然是美好的願望。可是如果我們沒有原子彈、氫彈，沒有火箭，衛星，我們能有今天的地位嗎?我們能有這樣一個和平安寧的環境來搞建設嗎?」

是的，昨天，為了不再任人欺凌，為了國家的獨立、主權和尊嚴，我們鑄造起和平盾牌；今天，為早日實現最終消除核武器的崇高目標，中國向世界宣告：暫停核試驗。

現在，世界進入了一個新的格局，世紀之交的最大的挑戰是經濟和科技的挑戰。

中國改革開放以來，特別是確立社會主義市場經濟體制以後，國防科技工業最先感受到現實涌來的時代大潮。長期處於神秘狀態的核技術已經撩開了面紗，和船舶、航空、航天工業一樣走向民間。

核電的光明正在走進尋常百姓家。中國已形成從核電科研、設計、試驗，到各種大型設備加工製造、施工、安裝、調試等完整的核電體系。

核技術在農業上的應用，每年為國家增產糧食40億公斤。核技術應用於醫學，也在中國得到發展，現在全國每年接受核醫學治療的病人達400萬人次。

作為在核領域中耕耘的廣大科技人員，也正在從「造原子彈的不如賣茶葉蛋」的困境中走出來。

中國的核能及核技術正在轉向。

核武器中的「彈芯」，可以讓它變成蘑菇雲，危害人與生物圈；但是，經過稀釋加工後，也可以讓它向人類輸送電力，造福於社會，原子彈里能夠飛出「核鳳凰」。

❼ 月亮上的核能新秀是什麼

一、月球氦能的概念

氦（He）是拉丁語Helium一詞的詞頭，氦本意即為「太陽元素」。1868年，由法國天文學家詹遜在觀測日食的時候，在日冕光譜中所發現。這種稀有氣體充斥在宇宙空間大氣層中。它無色無味，在空氣中大約占整個體積的0.0005%，密度只有空氣的1/7.2，是除了氫以外密度最小的氣體。現時已知的氦同位素有八種，包括3He、4He、5He、6He、8He等，但只有3He和4He是穩定的，其餘的均帶有放射性。在自然界中，氦同位素中以4He占最多，多是從其他放射性物質的α衰變放出α粒子（4He原子核）而來。3He的含量在地球上極少，而在月球上儲量巨大。

目前，地球上核電站所採用的核裂變生產方式危險性很大。如果用核聚變反應來生產能源，不僅單位產量是裂變能的幾百倍，而且產生的放射性危險只有裂變過程的萬分之一。人類社會進入20世紀90年代之後，科學家利用氫的同位素氘和氚進行控制性核聚變反應，取得突破性的進展。作為這種受控熱核反應重要元素的氚，在自然界中並不存在，需要從核反應中獲取。因此，科學家提出一個以氦的同位素3He代替氚的新設想。3He含有兩個質子和一個中子，在熱核聚變反應過程中，3He同具有一個中子和一個質子的氘發生熱核聚變，產生的中子很少，可以大大降低熱核聚變反應堆的放射性危害。這樣，受控熱核反應裝置既不存在放射性，又可以比用氚反應的體積小、結構簡單、造價也低，既可用於地面核電站，而且特別適合宇宙航行。因此，3He被認為是21世紀人類社會的完美燃料。

地球上的3He十分稀缺。在整個地球大氣中，氦只佔0.0005%；而3He又只佔這些氦中的0.00014%，其餘的99.99986%都是4He，即使把地球大氣中的3He全部分離出來，也只有4000t。而在月球上的情況卻大不相同，月球表面覆蓋著的一層由岩屑、粉塵、角礫岩和沖擊玻璃組成的細小顆粒狀物質。這層月壤富含由太陽風粒子積累所形成的氣體，如氫、氦、氖、氬、氮等。這些氣體在加熱到700℃時，就可以全部釋放出來。其中，3He在月壤中的資源總量可以達到（100～500）×104t。另據計算，從月壤中每提煉出1t的3He，還可以獲得約6300t氫氣、700t氮氣和1600t含碳氣體（CO、CO2）。所以，通過採取一定的技術措施來獲得這些氣體，對於人類得到新的能源和維持永久性月球基地是十分必要的（圖5-5）。

圖5-5月球能源基地想像圖

二、月氦的成因及分布

月球上的3He全部來自太陽。太陽不斷向外噴射出穩定的粒子流，稱為「太陽風」，其速度達到100～200km/s。太陽風粒子流在經過地球附近時，由於受到地球磁場的排斥和大氣層的阻擋而發生偏轉，只有極少量的粒子能到達地球。月球既無磁場，又無大氣，太陽風粒子能自由地抵達月球表面，在月球表面土壤上形成覆蓋層。月球表面經過億萬年流星和微流星的撞擊，表層的土壤得以混合摻雜，以致整個月球表面都不同程度地「沾染」上太陽風的粒子。太陽風由90%的質子（氫核），7%的α粒子（氦核）和少量其他元素的原子核組成。月球上的3He正是太陽風中的α粒子形成的。

太陽風粒子可以直接照射月球表面而被月壤層捕獲，在漫長的月球地質歷史過程中使得月壤層積累了豐富的3He。3He含量主要受制於兩個過程：太陽風粒子注入3He與月壤的脫氣作用（outgassing）。如果月表面沒有對太陽風粒子注入飽和，3He含量取決於月表面的太陽風。再則，3He含量受制於月壤吸附與保持3He的能力，即月壤的脫氣作用，該因素與月壤的結構和化學成分有關。

由於太陽風是月壤中3He的唯一來源，它的強度表現出全月球緯度向的變化，與太陽風射線成一角度的月表面就要受到較少的太陽風粒子照射。當月球進入地球磁尾並偏轉太陽風時，月球正面比月球背面接受的太陽風要少一些，使得3He在經度向上有變化。

影響3He含量的第二個因素是月表面土壤的成熟度，即月表面土壤暴露在空間環境中經受了多長的時間。在太陽風空間環境中，月表面土壤粒子大小減小，膠合能力加強，使得月表面土壤3He含量增加。描述月壤成熟過程的定義有幾個不同的特徵指數，多採用光學成熟度OMAT（optical maturity）來表示月表面土壤的成熟度。

第三個因素是TiO2含量。月球土壤中不同成分（如鈦鐵礦、橄欖石、輝石、斜長石等）的同一大小粒子含有3He是不同的，其中鈦鐵礦含3He要高出10～100倍。由於大多數TiO2是在鈦鐵礦中，TiO2含量作為鈦鐵礦的一個示蹤物，成為3He含量的一個特徵指數。

月球正面月海區域由於TiO2含量高，可能有較高的3He含量，盡管那裡由於地球磁尾的遮蔽而接受到的太陽風粒子較少。在月海區域可有最大的3He含量，可高達30ng/g。與月球正面月陸區域相比，月球背面月陸區域可有較高的3He含量，主要是月球背面太陽風強。月球極地區域3He含量較少，是因為該處太陽風照射比較弱。

三、月球氦能的利用

核聚變反應有多種，例如，可用氫的同位素氘聚變生成氦，或者用氫的兩種同位素氘和氚聚變生成氦。這兩種聚變反應雖均可產生大量能量，但也會釋放出大量中子或質子，而且還要求反應溫度不低於5×108℃，所以很難在實際工程中實施。然而，利用氘和3He聚變生成氦，在聚變過程中，除產生大量能量外，它沒有釋放中子的問題。因為，氘「多餘」的一個中子，在反應過程中，正好被3He吸收而生成氦。而且，所需要的反應溫度，也只是目前實驗室已達到溫度的2倍。所以，它是一種安全、干凈、相對來說也比較容易實現的可控核聚變反應。商業經濟性分析表明，氘-3He核（聚變）電站，完全可以同核（裂變）電站和火力發電站相競爭。理想的核聚變燃料應該蘊藏豐富，易於獲取，釋放能量大。氘在天然水中含量豐富，提純也不困難。氘在水中所佔的比例是1∶6500，全世界總儲量達1013t。因此，月球上3He提供了新的能源（江燕，1996）。

核聚變反應不僅能夠應用於產生電能，而且還可以用於作為火箭推動器的燃料。在氘-3He的核聚變反應中不僅釋放14MeV的質子，而且還可以產生超過106s的比沖（火箭發動機單位重量推進劑產生的沖量，也叫比沖量）。這種性能是通過在火箭推動器排氣口上加入冷卻物質來實現降低火箭推動力實現的。同時也可以通過降低脈沖來增加火箭推動力。因此，核聚變火箭推動器可以在火箭飛行器用核引擎模式下運行加熱氫氣到高溫來產生高的推動力和低的脈沖。也就是說，火箭推動器在運行時，其運行模式可以在一定范圍內進行調節。在脫離重力場過程中可以使用較高推動力來完成，而當飛船處於失重狀態時，則可以轉化成高比沖調節操作。

至於如何把3He從月球拿回來，科學家也有了設想：第一步是要開展資源勘查工作，看月球表面什麼地方3He最集中。在此之後才能進行試驗性的開采並考慮在月球上建工廠。首先，需要專門的機械去收集月球表面上的土，再將這些土加熱至600℃之後，就會分離出氣體氦，然後從氦分離出它的同位素3He。下一步就得將3He氣體液化，以便於運輸。最後一步是將液化的3He用太空梭運回地球。一般來說，太空梭一晝夜便能一次性將20t的3He運回地球。全球每年所需能量原料只需太空梭飛四五次（2.5億～3億美元/次），所以月壤中的3He具有巨大的開發利用前景。雖說開采和運輸3He的方案非常復雜，需要花費很大的勞動力，而且耗資巨大，但確是可以實現的。據科學家計算，利用月球開發的3He發電成本只是現在核電站發電成本的1/10（宋成文和劉瑀，2009）。

四、月氦的發展

2013年12月「嫦娥三號」成功奔月，令無數華人又心潮澎湃地驕傲了一把。觀看了發射全程的人們在感慨人類智慧偉大的同時，也提出了疑問題：利用月球資源距離我們尚遠，那麼探月工程當下到底對人們有什麼實用價值？公開的數據顯示，「嫦娥一號」投入14億元人民幣，「嫦娥三號」迄今共投入9億元人民幣，「嫦娥二號」的投入尚未公布。相對於巨額的投入，探月技術所帶來的經濟價值不可估量。

中國航天科技集團提供的一份數據表明，我國近年來的1000多種新材料中，80%是在空間技術的牽引下研製完成的；有近2000項空間技術成果已移植到國民經濟各個部門。目前，空間生命科學與微重力科學、太空旅遊、空間材料學等領域仍處於由政府投資研究、試驗和探索階段。中國科學院院士胡文瑞展望將來可能產生的效益時舉例說：「美國以『沸石』作為催化劑煉油，科學家們以提高煉制效率百分之一為目標，在空間展開研究，如果成功，按照美國每年煉油花費900億美元來算，一年可節約9億美元；我國科學家也有相應的計劃，我國一年需要約20億噸煤，如果能通過空間試驗把燃煤效率提高千分之一，按每噸煤400元人民幣計算，每年就是8億元的效益……而在生命科學等領域如果能有突破性成果，人類的健康和生活將可能出現質的飛躍，這是用數字無法衡量的了。」

「嫦娥二號」的火箭發動機技術所衍生出的技術已應用於環保和人們的食住行等各個領域。經過成果轉化後，「嫦娥」奔月將為人類帶來眾多像氦能這樣新的綠色饋贈（水藍天，2014）。

目前除了中國正積極發展自身的探月技術之外，包括美國在內的西方國家也在醞釀開采月球資源的計劃。世界各國紛紛進行探月競爭的原因之一，即是為了確保擁有被認為是下一代核聚變發電燃料的3He。

不過，人類想要獲得純凈、清潔的3He還有很長的路要走。英國倫敦大學學院馬拉德空間科學實驗室行星科學部門負責人安德魯?科茨對利用3He的可行性提出了質疑，至少地球與月球之間的運輸方式尚不完善。他說：「我們在地球上尚未實現聚變發電。這是一個好主意，但還是空中樓閣。」的確，以人類現有的技術和能力，目前還無法做到用3He來作為人類使用的能源，比如說，目前大規模受控核聚變的技術尚不具備等。但是隨著科技的不斷發展，科學家相信會克服這些困難，最終實現對月采礦的偉大工程。因此，有些國外的科學家認為，要實現這個目標需要聯合世界上最好的科研力量，當然也還需要足夠的資金支持（劉輝，2014）。

❽ 清華大學核能與新能源技術研究院的成果貢獻

1964年，清華大學有關專業師生在此建成了自行設計的屏蔽試驗反應堆，完成了動力堆屏蔽實驗，此後又與有關部門合作，完成了溶劑萃取法核燃料後處理新技術研究，為中國核能事業做出了重要貢獻。
1989年11月，核研院設計建設的5兆瓦低溫核供熱試驗反應堆建成並運行成功，它是世界上首座投入運行的「一體化自然循環殼式供熱堆」，也是世界上第一座採用新型水力驅動控制棒的反應堆，至今已完成了核能熱電聯供、低溫製冷和海水淡化等一系列試驗。根據「清華大學核能與新能源技術研究院」網站資料 ，中國第一座200兆瓦低溫核供熱工業示範堆的設計工作，已被國家批准立項由核研院承擔。
核研院負責承擔的國家863高技術研究與發展計劃項目10兆瓦高溫氣冷實驗反應堆，於1995年6月開始動工興建，2000年12月建成達到臨界，2003年1月實現滿功率並網發電。模塊式球床高溫氣冷堆被國際核電界公認為21世紀新型核電站的首選堆型之一。這座先進反應堆的建成，使我國成為世界上為數不多的掌握了高溫氣冷堆技術的國家之一。
核研院已研究成功了國際領先的分離高放廢液的中國「TRPO流程」和國際首創的「鈷60集裝箱檢測系統」，受到國內外專家的高度評價。
根據「清華大學核能與新能源技術研究院」網站資料 ，核研院完成了幾十項國家重點科研任務，取得了一批重要科研成果。有160項成果獲部委級科技成果獎，18項成果獲國家級獎，139項專利獲權。1990年12月，核研院榮獲國家教委、國家科委命名的「全國高等學校科技工作先進集體」稱號。1992年4月，榮獲中華全國總工會命名的「全國先進集體」稱號。2001年7月，核研院黨委榮獲中組部命名的「全國先進基層黨組織」稱號。與此同時，核研院黨委還被中共北京市委命名為「北京市先進基層黨組織」。
核研院在科研的基礎上，利用本院優勢，努力實現科研成果的轉化，在功率電子器件和整機、核同位素工業儀表、精細陶瓷及新型材料、稀土分離與深度加工等方面先後開發了一批先進的高技術產品，為國民經濟做出了貢獻。