核能源除了制造“武器”，還能運用在哪些方面？

中國第四代核武即將問世，但令人驚訝的是，它和前三代核武器完全不同，不用通過原子彈引發(fā)聚變，沒有核污染，也不會產生核輻射。這不由得讓人感到驚訝與興奮，核能既然做成炸彈都不會產生污染的話，那它運用在其他領域會怎樣呢？

核能發(fā)電，清潔環(huán)保無污染

2020年，我國70%—80%的石油要從國外進口，隨著對石油天然氣等化石資源進口的依賴越來越大，我們國家迫切需要核能來解決能源危機。

因為核能雖然不是可再生資源，但是它是一種清潔能源。

核能居然是清潔能源？

沒錯，核能的確屬于清潔能源。

舉個例子，核電站每年要用掉80噸核燃料，那么兩支標準貨柜就可以將全部的核燃料運完，但如果要達到同樣發(fā)電效果的話，則需要燃燒515萬噸煤，需要用705個裝載量20噸的大卡車才能運走。這意味著使用核燃料的話，其成本不僅遠低于燃煤，還能緩解交通運輸壓力。

而且與會產生有害物質的化石燃料相比，核能不會排放會造成環(huán)境污染的有害物質。2018年，我國的火電的碳排放量占據(jù)了全國總排放量的43%，而到了2021年上半年，中國新建的煤電和鋼鐵項目排放的二氧化碳量約有1.5億噸，相當于荷蘭全國的總排放量。而在如今氣候巨變的情況下，國家發(fā)改委能源研究所在《退役路徑》報告中指出，中國應在2050—2055年淘汰傳統(tǒng)的燃煤電廠。

這也就意味著，運用核能發(fā)電已經是大勢所趨。這不僅因為核能反應所釋放的能量能遠遠高于化石燃料燃燒所釋放出來的能量，而且核能還不容易受國際經濟情勢影響，相比較其他的發(fā)電方式來說，不僅實惠還穩(wěn)定。

目前全世界共有438座核電站正在運行，總發(fā)電容量為353千兆瓦，占全世界發(fā)電量的16%，累計運行時間已經超過一萬堆年（1堆年相當于核電站中的一個反應堆運行1年）。

而截至2022年6月，中國核電累計發(fā)電量超過1.35萬億千瓦時，相當于減少燃燒標準煤4.08億噸，減少排放二氧化碳10.70億噸，生態(tài)效益相當于植樹造林368.85萬公頃。

但是核能可不僅僅能用來發(fā)電，核反應產生電能的同時，產生的熱能還能用于海水淡化、城市供熱、提供高溫蒸汽等方面。

從核潛艇到航空母艦

既然核能可以轉化為熱能，而熱能又能轉變?yōu)檎羝?，那么蒸汽就可以推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。世界各國軍隊的大部分潛艇和航空母艦都以核能為動力。

1961年，世界上第一艘核動力航母“企業(yè)”號建成服役。它有驚人的續(xù)航力和更大的機動性，每一次更換核燃料后，都可以再連續(xù)航行10年?！捌髽I(yè)”號的出現(xiàn)，標志著航空母艦的發(fā)展進入了新紀元。

而早在20世紀50年代，蘇聯(lián)政府在打造核動力潛艇的同時，也決定研制能用于民用船舶的核裝置，并在1956年就將第一代核動力破冰船“列寧”號送下水，開始擔任蘇聯(lián)在北海航線的破冰和引導任務。

破冰船由于其特殊的工作性質，需要依靠自身動力強行沖擊冰面以達到破冰效果，因此對船體的堅固程度要求相當高。雖然破冰船不需要高速行駛，但卻需要強大的馬力來對付足夠堅固的浮冰，所以，核動力破冰船的優(yōu)勢遠大于其他動力的破冰船。目前，俄羅斯正在建造世界上最大的破冰船LK-110YA，它比俄羅斯航母還要大，自主續(xù)航能力能達到8個月。

而我國的航母雖然現(xiàn)在還沒有安裝核動力，但中國新一代核動力破冰船雪龍3號的招標工作已經啟動，西方國家認為我國此次制造的核動力破冰船標志著中國將在水面艦艇用反應堆的道路上跨出重要的一步。

除了為船舶提供動力外，核能作為一種長時可靠安全的能源系統(tǒng)，也為航天器跨星系超遠距飛行提供了可能。

核動力航天夢不再遙遠

早在20世紀初，得知居里夫婦提煉出放射性元素鐳之后，俄國航天之父齊奧爾科夫斯基就曾預言：“一噸重的火箭只要用一小撮鐳，就足以掙斷與太陽系的一切引力聯(lián)系。”

美國也曾在1955年設想過一個天方夜譚的計劃：不再利用可控的核反應，而是用核爆炸來推動飛船。簡單來說，先在飛船中裝上原子彈，之后讓飛船起飛，然后每秒拋出1-4顆小型原子彈引爆，引發(fā)的巨大脈沖將推動這艘巨大的宇宙飛船前進。但由于這個計劃是依靠原子彈爆炸作為動力，必然會產生核輻射污染，所以這個名為“獵戶座計劃”的研究最后胎死腹中。

后來，用核爆炸推動太空飛船的計劃，轉為了利用核熱能推力技術。也就是在飛船上安裝核反應堆，一旦點火成功，核反應堆能將氫氣加熱到3100開式溫度，然后向飛船尾部噴射超熱的氫氣以產生推力。并且這種核熱能推力技術的可行性于20世紀60年代獲得了證實。

目前，運用于航天器上的核電源放射性同位素電源技術（RTG）已經比較成熟，在國內外航天中應用廣泛，美國光從1961-2011年就發(fā)射了27個帶有RTG技術的航天器。

而我國也從20世紀開始研究屬于我們自己的核動力航天器研發(fā)計劃，中國航天科技公司甚至計劃2025年研制出可以重復使用的航天飛機，能夠實現(xiàn)水平起降，用于太空旅游。嫦娥三號的總設計師孫澤周也說：“從技術發(fā)展上來講，如果以后要對比如木星這些距離太陽更遠的行星進行探測，完全依靠太陽能不太現(xiàn)實，這時對空間核動力的應用就會有比較大的需求 ?！?/p>

不過，現(xiàn)階段還是化學火箭的天下，美國和俄羅斯都聲稱核能火箭的發(fā)展還需要很長時間，而我國的相關項目最快也要21世紀50年代才有結果，到那時，我們至少要能在航天工程上做到對核聚變完全控制。

只不過，不管是航天火箭，還是航母潛艇，這些東西離我們普通人的生活多少有些遙遠。但你知道核能在醫(yī)療領域也大展身手了嗎？

從醫(yī)療儀器到藥物，核能無處不在

核能在醫(yī)療領域的發(fā)展與應用，最常見的莫過于大家都熟悉的X光和核磁共振檢查了。

我們在醫(yī)院里拍片、做胸透等，主要利用的就是加速后的電子撞擊金屬靶制造的X射線，用于探測骨骼和軟組織是否產生了病變。

但除了X射線外，原子衰變裂解時放出的伽馬射線（γ射線），由于具有穿透性和對生物細胞的破壞作用，被廣泛用于醫(yī)療用品消毒方面，還能對患有特定腫瘤的患者定向發(fā)射治療。數(shù)據(jù)顯示，2015年我國放療單位共有各類放療設備2849臺，伽馬刀和X刀約占13.4%。而核磁共振沒有放射性，對人體非常安全，主要用于腫瘤、心臟病及腦血管疾病的早期篩查。

當然，除此之外，核能還能用來制作藥物，有一種名叫“亞甲基二膦酸”的藥物里就含有微量的人造元素：锝-99，這種藥物在治療類風濕性關節(jié)炎上有比較好的臨床治療效果，能減輕病患的疼痛，延緩疾病的發(fā)展。

截至2018年，全球核素藥物市場約130億美元，年增長率達到了18%，而我國的核素藥物市場和核醫(yī)學也在迅猛發(fā)展，2013—2017年，核素藥物市場規(guī)模就從20億元增長到了43.8億元。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，預計2022年我國核醫(yī)學市場將達到106.34億美元。

有數(shù)據(jù)顯示，預計到2030年，全球核醫(yī)學市場規(guī)模將達到140億～300億美元，未來復合增長率會超過16%，屆時預計核醫(yī)學治療市場占比約65%，核醫(yī)學診斷市場占比約35%，將在未來的醫(yī)學治療中占據(jù)重要地位。

那么除了醫(yī)療領域，核能還參與了我們的哪些日常生活呢？

日常生活中的核能應用

X射線可不光能在醫(yī)院使用，在飛機場、火車站、地鐵站等需要安檢的地方，我們攜帶的行李都要經過X射線安檢儀。不過行李安檢儀的輻射劑量遠遠小于醫(yī)療診斷用的X光機，人在靠近X射線安檢儀5厘米的地方停留50個小時，才會有相當于1次X光胸透的輻射量。

不過，安檢儀還不算離我們生活最近的核能應用，屋里安裝的煙霧報警器才是，它的傳感器內也使用一種放射性物質：镅-241。這種放射性物質能夠產生電流，當煙霧中的煙粒子進入傳感器后，就會擾亂電流，從而導致報警器響起聲音。

不僅如此，大家一定還在電視上看過考古學家用碳-14來進行文物年代鑒定，但大家知道嗎，碳14技術其實也屬于核能的用途之一。當然，碳-14不僅能在考古上運用，如今也被拓展應用到了醫(yī)學、環(huán)保、新藥開發(fā)等領域。今年我國首批碳-14批量化生產在中核集團秦山核電站正式啟動，標志著我國碳-14的生產方式開啟了自主化道路，未來其產量可以基本滿足國內的要求，解決國內碳-14同位素的供給問題。

如今面對全球的能源危機，許多國家和地區(qū)都越來越重視核能在各個領域的發(fā)展，尤其是亞洲，目前核能的發(fā)展勢頭非常明顯。在追求“碳中和”的背景下，現(xiàn)在全球都鼓勵發(fā)展核能，就連東南亞國家在核能領域的投資，也預計會有所增加。

只不過，核能有利也有弊，核能造成的危害已有不少前車之鑒，相信在后續(xù)對核能的使用中，能做得比以前更好。