现代能源

能量需要量是工业、经济、社会发展的重要标志之一。最近几十年来，能量需要量按指数级数递增，每隔十四年增长一倍。1975年全世界的能量消耗量为0.28 Q①。据预测，估计能量需要量增长速度会有所放慢及其他一系列因素，2000年的所需能量是1 Q，2050年则达6 Q。

数量上的变动，迫使人们去寻找解决能源问题的新途径。若说不久以前尚可以把能量看成孤立的技术经济问题，那么今天我们在制定能源政策时必须进行系统的分析，应考虑问题的各个方面：如燃料貯藏量，能量生产方法的经济性，社会拥有的技术水平，准备采用的方法对周围环境和居民的影响等。从整体角度来选择最好的能源策略方案，应主要地以未来的，而不是今天的形势作为依据。

近年来在系统分析基础上所做的大量研究工作一致表明，寻找新能源的问题是实现现代化的最重要课题之一。原因主要有二个。首先，作为全世界燃料- 能量平衡中基本份额（约95%）的矿物燃料资源（煤、石油、天然气），正在迅速枯竭中。这类燃料的蕴藏量估计等于40~400 Q，在其消耗量按指数方式增长的条件下，再过50年（按40 Q计）或100年（按最乐观的400 Q计）就会耗尽。其次，除了蕴藏量有限度外，矿物燃料还有一个严重的缺点，即对生物界产生不良的后果。根据美国专家的计算，美国由于燃烧煤使空气污染而导致每年有一万人死亡。

我们知道，除了矿物燃料能源以外，还可利用河水能、风能、海洋潮汐能等提供动力。遗憾的是，使用风能、地热能、潮汐能、水力能的研究结果证明，这些能源的利用价值并不太大，全世界每年能有效使用的潜在能量总共才几个Q（可能是十分之几个Q之误——译注）。显然，这些能源虽会在世界燃料 - 能量平衡中占相当大比重，但毕竟只是次要份额而已，远远不足以取代矿物燃料。

地球每年从太阳获得2000 Q巨大的能量，故利用太阳能的潜在可能性应予以特别重视。尽管许多国家已经做了，并且继续在做各种尝试，但由于许多科学技术上的困难，可惜最近几十年内还不能指望广泛利用太阳能。今天把太阳能转变成电能所花的代价要比普通热电站或水电站提供的电能价格贵100倍左右。

这样，目前在满足人类日益增长的能量需求方面，发展原子能动力看来是条唯一可行的道路。讲到原子能资源，单拿铀235（作为今天原子能动力基础的热中子反应堆所用的“燃料”）裂变释放出来的能量就比得上煤、石油、天然气蕴藏量加在一起的总和。随着快中子反应堆的采用和铀238的加入运行，原子能资源将达到几万个Q，即使在未来动力需要大大增长的条件下，也足以保证人类文明社会几千年的需用。从经济角度评价原子能动力，那么原子能电站生产的电力价格，现在就可与矿物燃料提供的电力价格相抗衡。因此可以肯定，原子能动力技术的能不能推广发展，主要取决于与其他能源相比，对周围环境说来安全与否。

合理防护的基础

与其他工业活动一样，借助重核裂变生产能量也会给人类和环境带来一些潜在的有害因素，其中要推放射性污染最危险。放射生态学资料证实，生物圈中要算人对放射性照射最为敏感，也就是说防止人类遭受超过许可限度的放射性照射成了生物圈放射安全保护的主要任务。

用什么方式来确定这个比较抽象的安全概念呢？人们在1902年就作过若干期尝试，1928年成立的国际放射性防护委员会，颁布过有科学根据的放射性许可照射等级表。随着放射性与人体关系的知识不断丰富，有关资料越来越详尽，越来越精确，现在已可作出如下结论。

照射量在几百到几千贝尔②范围内的放射性照射对人体产生的影响，已有相当完整的数据。至于100贝尔以下的照射量情况如何，迄今为止尚未看到会造成有害作用的资料。当然不应无动于衷，而此时要依据“最大谨慎”原则处理，即小照射量区的“照射量 -效应”关系可直接从几百贝尔以上照射量的已知数据用线性外推法求得。参照这一方法，每年N贝尔照射量能诱发人体恶性肿瘤的几率为1.5×10-4N次/年，坏的遗传征象为0.4×10-4次/年。这样的概念并没有考虑可能出现的阈值效应，实际上反映了最严重的不良结果。按照以上数据，任何照射量，即令自然环境中拥有的放射性照射量也远非对人安全的。可是人类在天然的放射性环境（70~120毫贝尔/年）下生活过来了，不断进化，到今天也仍然生存着。可以信心十足地肯定，自然环境中的放射性照射量是无危险的。

国际放射性防护委员会把上述资料乘以大的安全系数后，规定出极限许可照射量如下：直接与放射源打交道的人是5贝尔/年，原子能工业附近的居民是0.5贝尔/年。国际放射性防护委员会特别强调，如果原子能电站工作人员的照射量不超出许可量，就不会发生严重的辐射伤害，而出现遗传影响和体质上的后遗症将减到最低程度。极限照射量的选定是以使用人造放射源（如原子能电站运行）对居民的危害程度不致越出水灾、地震、流星陨落等自然灾害为准。

国际放射性防护委员会推荐的标准，已为发展原子能动力的大多数国家采纳，能保证很好的安全效果。然而专家们认为，随着原子能动力技术的迅猛发展，要求具有放射性对生物圈产生影响的更为深刻的知识。这样，原子能动力技术给不少学科（放射生态学、放射生物学、放射医学）提出了一系列问题，主要围绕着建立更精确的，特别是小照射量范围（自然环境下直到几十贝尔）内的“照射量 -效应”数量关系。这对原子能电站的防护系统能有最佳效能也是必要的。换句话，什么水准的原子能动力技术对人类既安全又经济合算的问题，还有待于作出解答。

原子能电站和安全问题

核燃料的循环过程包括以下一些环节：

铀原料的开采、加工和富集厂矿企业，以及释热元素制造厂；原子能电站；实现废燃料再生的放射化学厂，处理和存放放射性废料的机构，封藏废料的地点（这个环节通常叫做核燃料循环的最后阶段）。

循环过程的每个阶段，都给周围环境带来放射性污染，但从原子能工业开始发展的初始阶段起，就已建立起有效的防护系统。废料的体积和重量都不大，这有助于问题的解决。处理核射性物质所采取的主要对策，侧重于实现严格控制，使之实际上与周围环境完全隔离开来。

在铀矿矿区周围，放射性物质的逸散量并不大，事实上不会给居民带来比自然环境原有照射量更多的附加照射量。据估计，住在铀矿100公里范围内的每个居民，所受到的平均照射量不超过10-5贝尔/年。

铀矿石加工厂和释热元素制造厂构成的居民照射量也不大，这是因为铀化合物多半属于固体，废料的捕集是比较容易的。液态废料貯存在池里或专用槽内，不致流失，且其放射性也不强。在这些企业四周100公里以内，居民受的照射量总共才4×10-7~1.7×10-9贝尔/年。

原子能电站上的放射安全问题，要算最为复杂。反应堆中由于铀燃料“燃烧”结果形成铀核或钚核裂解产物，以及超铀元素这类废料，其单位放射性和总的放射性都较高，要比核燃料加入反应堆前的放射性大上数十亿倍。反应堆停熄后，这一放射性在几小时内就因短寿命裂解产物的蜕变而衰减，可是由于废料内存在长寿命的裂解产物（主要是锶90、铯137）和超铀元素（钚、镅、锔），故而相当高的放射性将保存几千年之久。

现代化原子能电站如能正常工作，所形成的放射性废料可望得到完全控制，方法是在废料从反应堆活性区排放入周围环境的途径上设置好几道防护壁垒，从而把废料的排向空间限制到最小限度，实际上成为无危险的了。

原子能电站最终产生出固体、液体和气体的放射性废料，居民得到的照射量主要来源于气态浮悬污染物。液态废料的影响则小得多，因为液态废料的排放，只有在其中放射性物质含量不超出饮用水中的最大许可浓度时才是允许的。气态废料通常含有放射性富气（包括半衰期T?=10.2年的较长寿命氪85同位素及半衰期Z?=5昼夜的氙133同位素）、挥发性放射物质（主要是T?=8.1昼夜的碘131）和放射性气悬物，它们经过多级净化处理后，由50~100米的高烟囱排入大气中。净化很有效，气态废料事实上并不污染电站周围的土壤。1千兆瓦功率级原子能电站附近的每个居民，从这类废料受到的计算照射量不大于2×10-3贝尔/年，与自然环境中的照射量差不多，等于极限照射量的0.4%。上述理论计算已为实践数据所证实。对原子能电站开始运转前后所做的一系列观测表明，电站所在地区的河里、空气中、露天水池、土壤内的放射性状况，主要决定于全体沉落物。

这样，原子能动力技术创建廿多年来的经验说明，原子能电站正常运行中的放射性问题已告顺利解决。但是今天尚不能断言放射性物质大量逸出的极端危险条件下电站的安全性如何。此时，电站附近的放射性状况会大大恶化，这要求制定预防事故及减轻后果的辅助措施。今天每一台运行着的反应堆，配备有安全动作（三、四倍保险系数）的事故保护系统、温度突然临界升高时瞬时动作的备用冷却系统、阻挡放射性物质碎片自活性区飞出的防护装置等。除了上述安全措施外，近年来原子能电站还补充装设了一些防护系统，预防飞机碰撞电站、强烈地震之类外来事故。许多国家的专家曾作过理论计算，现代化原子能电站所采用的事故保护设施是很可靠的，与人类整个生命过程中出现的、并已习以为常的那些危险相比，电站发生巨大事故的机会十分小。研究是以概率方法对原子能电站上主要设备可能有的事故进行逐项分析为依据的，而为了取得规格不一的事故的几率数；采用了机组和部件多年运转得到的可靠性数据。分析表明，单就电站40公里范围内，因电站事故而造成的人身死亡率为每人每年3×10-9次，为车祸引起的死亡率的几千分之一，雷击引起死亡率的几百分之一。

这里应该指出，上述数据对轻水热中子反应堆电站是正确的。现代化原子能动力工程主要采用此种反应堆，预计至少在2000年以前不会有什么变化。快中子反应堆刚开始运行，对其可靠性进行研究的结果也十分令人满意，可惜真实性程度不那么高，这方面还得进行大量的研究工作。但是即使按今天的知识水平来衡量，也没有根据可以认为快中子反应堆电站达不到热中子反应堆电站所拥有的那种安全程度。

理论计算表明现代化原子能电站很安全，可是多年积累起来的电站运行经验尚不足以实验性地证实发生事故场合下电站仍然安全这一理论上的结论，故而苏联和其他国家正在为实验证实此项估计，并在大规模建造原子能电站时实际保持必要的安全水平而开展大量工作。

放射性化工厂是否安全？

再生处理原子能电站废燃料的放射化工厂，成了核燃料循环中的另一个放射性危险源泉。目前许多国家采用的是不完全的核燃料循环过程：废燃料不作处理，而是存放在原子能电站的仓库里。废燃料的貯存工艺很不错，在电站差不多廿五年的运行期内经受住了考验。但这种情况毕竟属于暂时性的，它不是实现核燃料循环存在不可克服的障碍或有什么失算所引起的结果，而与整个原子能动力技术的发展特点有关。据国际原子能协会专家们的计算，建造废燃料处理能力为1500吨以上的放射化工厂是经济上合算的。1千兆瓦级现代化轻水反应堆电站，每年排出的废燃料量达30吨。可见，要能保障这样一座化工厂，原子能动力工程应有50千兆瓦以上的功率。现在许多国家都还没有这么大的功率，唯有美国的原子能动力工程拥有约50千兆瓦功率，接近此水平。美国建造第一座放射化工厂将是适宜的。

然而，今天已具备合格的废燃料再生工艺，其中首先是轻水慢中子反应堆所排放的核燃料再生工艺。几家不大的实验性放射化工厂，已在再生处理上述核燃料，工艺水平较高，可指望不久的将来兴建年处理能力1500吨以上完整规模的化工厂。尽管这类化工厂对生物圈的放射性作用目前仅仅只有理论数据，但其可信程度是不容置疑的。

原子能电站反应堆中未获“燃烧”的部分废燃料（铀和钚），在放射化工厂内通过化学方法析出，并送回新燃料生产循环中去，其余部分则以铀的裂解产物和别种超铀元素形式（除钚外）成为直接的液态、固态和气体废料。固态和液态废料，占放射性废料的99%以上，放射性强，应与生物圈隔绝开来。

气体废料经过滤后借助高大烟囱排入大气。与原子能电站的废料不一样＞放射化工厂的废料不含短寿命的同位素（因废燃料处理前已存放相当长时间）；其中成问题的是氪85和氚3，眼下还缺少工业捕集方法。这样就使化工厂附近居民受到的照射量远比在原子能电站附近的大得多。根据计算所得的照射量，具体数字虽然较大，但仍低于极限照射量，即小于0.5贝尔/年，与自然环境的水平差不多。

所需放射化工厂总是大大少于原子能电站，这点必须加以注意。如上所述，一二个化工厂就能对付目前全世界运行中的原子能电站的废燃料。此外，化工厂并不一定要设在需用能量的地方。这样，放射化工厂对周围环境和居民带来的大量局部性危险能通过适当的选择，布置在居民稀少、生态隔离的地点而被部分地“中和”掉。虽不能说由放射化工厂废料中回收氚和氪要求刻不容缓加以解决，但在将来是个必须处理的问题。

这种远远没有断定的状况，今天已反映在有关上述化工厂强放射性液态、固态废料的处置问题上。尽管有着几条可供挑选的途径，但其中还没有既简单、又经济且生态安全可靠的解决方法。由于不久前尚无必要立即考虑此类工艺，不像原子能电站安全问题那么紧迫，使问题变得更加复杂化了。现在许多国家都计划要迅速发展原子能动力技术，处理强放射性废燃料的课题，就给提到日程上来了。近年来的努力研究，归纳出这样的结论：彻底排除放射性废料，不存在技术、经济和生态学方面的原则困难。

最后在结束讨论原子能动力工程的放射性安全问题前，还得探讨一下核燃料循环系统内往往相隔很远的各个环节之间的放射性物质安全运送问题，主要是从原子能电站把废燃料运往放射化工厂，以及化工厂废料运往貯存地点的运输问题。

目前已能设计把原子能电站轻水反应堆的废燃料运走的高度可靠的运输集装箱。离集装箱运输干线一公里处的居民，受到的照射量仅为电站区内的几十分之一。此外，即令在出现各式各样最有可能发生的危险时，集装箱仍能保持密封。如果因产生事故而集装箱终究泄漏的话，给运输干线附近居民造成的死亡率，估计也是很轻的，甚至低于电站事故带来的死亡率，也即按人计算为10-10次/年。

可见核燃料运输途中的辐射危险，按理论计算实在微不足道。所记录的事故次数偶或包含集装箱事故，仍证明所得的结论是正确的。但用集装箱运送废燃料的实践经验，毕竟还不够充分，难以断定它是否是单一的方法。为此，许多国家正在这方面加紧进行理论和实验研究。

放射化工厂强放射性废料的运输问题，现今尚研究得不够，仅仅设计出试验性集装箱而已，这是由于迄今还没有运输上的绝对必要性。当前已开始建造处理废燃料的放射化工厂，那么制造此种集装箱也就成为应加以解决的题目了。

原子能动力工程和热力工程对生物圈的影响

要进行这方面的比较，应该研究原子能动力工程和热力工程燃料循环的各个阶段。格外需注意原子能电站和热电站两者的比较，因为它们不同于采用两套热循环的其他企业，是分布在需要能量的地点，也即布置在居民点内的。作为例子，将要讨论烧煤的热电站，因这是用矿物燃料生产能量的主要形式。

不久前还认为，生物圈受放射性物质污染的问题纯粹是原子能动力技术范围内的专业问题。然而正如最近研究表明的，使用矿物燃料的热力工程排出的废料中，也同样存在放射性物质。煤中包含的天然放射性物质镭220、钍232、铅216、钋210、钾40，和热电站的灰分一起排入大气，使附近居民蒙受附加的照射量。据计算，这比同样功率原子能电站排放的还大几十倍。结果是对于热电站附近居民说来，得癌病的危险按人计算为2.4×10-6次/年；而原子能电站附近居民为3.4×10-8次/年。虽然两个数字都不大，远远低于自然环境下的放射性癌症发生率，但热电站的放射性危害比原子能电站大七十倍。实际上，上述估计是以“照射量 - 效应”无阈限性和线性关系为基础的。据此，自然环境下放射性致癌率为每人1.4×10-5次/年。

热电站不仅有放射性物质，还产生二氧化硫污染大气。在美国，排入大气中的二氧化硫有70%来自热电站。人类活动带给大气的硫含量，南半球北半球分别达到47%和93%。

据美国所做的研究表明，因大气中二氧化硫而引起金属腐蚀，造成的损失达10亿美元，而到2000年，由于二氧化硫排放量的上升，损失将增至250亿美元。而最紧要的是二氧化硫对生物抗体产生有害影响。空气中总共才百万分之几的二氧化硫含量，就对人的生命构成严重危险。世界上某些城市（如芝加哥，1964年）上空的二氧化硫浓度，已多次接近于置人死地的界限。更应指出的是，目前还没有经济上可行的办法，来捕集二氧化硫气体，而其排放量却继续威胁性地上升。看来今天要降低二氧化硫增长速率，唯一的根本办法在于提高原子能动力工程在整个能量生产中的比重。

近来，生物圈的“热污染”问题引起了大家的重视，故而比较原子能电站和热电站对周围环境的热效应变得很重要了。这里首先要指出，热电站排出热量的大约85%，交给电站自用冷却水，其余15%进入大气；原子能电站的废热则全部传输给冷却水。若说热电站的效率为38%，那么现代化原子能电站（热中子反应堆式）的效率稍低些，是33%。所以，原子能电站转交给冷却水的热量大概是热电站的1.5~2倍。不过热电站在这方面的好处是不会维持多久的。因为，第一，原子能动力发展规划规定，通过建造原子能供热站和原子能热电中心，也即更有效地利用反应堆放出的热量来提高原子能电站的效率；其次，以后将有快中心反应堆或高温气体反应堆型原子能电站投入运行，它们的效率要比矿物燃料热电站的高。

根据上面叙述可以肯定地说，原子能电站比起热电站来，是对人体危害较小的能源，且能改善周围环境的卫生条件，防止给人带来有害影响。

尚应对原子能电站核燃料循环的其他环节与矿物燃料热电站热力循环的类似环节进行对比，以便证实原子能电站在生态学方面的好处。比如由热力工程向原子能动力工程转变（采用快中子反应堆），就可免去采煤时土地结构的破坏，故生产每单位能量所用的土地面积可减缩到几十，甚至几百分之一。另外，还可大大减少矿物燃料运输量，而矿物燃料的运送（特别是石油）对周围环境的危害远比核燃料为严重。据统计，1970年石油流入公海的量是1600吨 · 千兆瓦 · 年，而每公升石油会破坏一百万公升饮用水。

最后，必须把放射性和化学物质对生物圈产生的害处比较一下。放射性生物效应，在本世纪初就已有了很好的研究，知道得也远较对周围环境极有害的其他大多数因素为彻底。断言癌症和遗传损害乃是放射性照射特有的后果，这是个流传很广的误解。事实上，这些危害同样也可由化学物质，包括矿物燃料燃烧时不加控制地排放出来的某些产物所引起。

作为对比的结论，还要补充一下，规定的周围环境放射性危害规程，比起相应的化学类环境污染规程，安全系数大得多。

原子能动力也是人类曾经利用过的所有能源中最干净的一种。原子能动力工程的废料，远远少于矿物燃料给出的废料，因而可加以控制，并采用技术措施防止其侵入生物圈。

设计和建造原子能动力企业，应配备全套防止放射性废料污染环境的技术安全设备，原子能燃料循环内的单位放射性作用很微弱，比规定的极限许可照射量及大地天然放射性环境对人体的照射量低得多。矿物燃料则与此不同，不可避免地有大量气体污染物排入大气，其中二氧化硫和碳酸气会造成全球性的危害。

对原子能动力企业及输送放射性物质时发生的事故，作深入分析之后可以发现，此类事故构成的危害远比许多非放射性不幸事件和自然灾害带给人们的损失为小。

这样，限于科学标准的原子能动力工程的可控利用，就不致产生放射性危害。当然，原子能动力工程也有一些不利条件，例如原子能电站的含热垃圾，未获解决的放射生态学问题，其中特别是处置放射性废料的问题。不能这样看待原子能动力专家们的乐观态度，似乎低估了以上这些尚未解决的问题和不利影响引起的潜在危害。之所以形成这种情况，因为在发展原子能动力的最初阶段，上述问题并不要求立即解决，只是在当前才有迫切感。所以今天所有从事发展原子能动力的国家，已经制定并正在实现解决这些问题的庞大计划。有根据认为，在有需要的时候，有关原子能动力生态学方面的问题会获得圆满解决的。

[Прuроòα，1978年10期3~16页]

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①1 Q=0.25×1018大卡，是预测性研究中常用的能量单位。1Q能量可把整个咸海的水温升至沸点。——译注

②贝尔（ó?p）——生物伦琴当量，相当于一伦琴γ射线对人体产生生物学作用的照射量。