核殇:核能发展历程回顾

2011-3-23 09:40 来源: 科学时报
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福岛,在核危机警报拉响的那一刻,民众与政府,欲望与理性,注定要展开一场艰难的博弈。

  丁楠套上白大褂,从一间墙壁足有1米厚的屋子中取回那几只被核辐射的白鼠。它们已经在铅容器里,被关了两个多小时。

  这几只小白鼠将被兰州中科院近代物理研究所核辐射生物医学研究组,用于重粒子束治疗癌症的临床实验。

  作为该组研究人员,丁楠此刻期待的是重离子加速器的开启。这套位于半地下、拥有55米直径的环形通道的装置,是我国自行研制的第一台重离子加速器,一年中只会为核辐射生物医学研究开启几次。

揭开核科学的面纱

  从兰州向西,顺着亚欧大陆桥,来到法国和瑞士边界的汝拉山。这里的地下隧道中,藏身着一座总周长27公里、被唤作“莱泼”的世界上最大的粒子加速器。

  这些不同的加速器有着相同的“血统”,来自一位叫做卢瑟福的英国科学家。在他的《新炼金术》一书中,卢瑟福系统阐述了自己的理论。

  1902年,卢瑟福第一次提出了放射性的概念:放射性原子是不稳定的,它们自发地放射射线和能量,发生衰变,直至成为一种稳定的原子。

  10年后,他提出了原子核式结构;又过了几年,1919年,他第一次发现质子。

  卢瑟福,是当之无愧的核科学奠基人。这位1908年的诺贝尔化学奖得主,除了带给人类原子核式结构的模型,更为核科学领域培养了8位诺贝尔奖获得者。

  核物理学的大门其实早在1896年就被逐渐打开。法国物理学家贝克勒尔在研究铀盐的实验中,第一次认识到铀原子核的天然放射性。

  1898年,著名的居里夫妇找到了两种放射性更强的元素,命名为钋和镭。此后,其他元素的许多放射性核素被陆续发现。

  这些物质能自发地放射出α、β和γ射线。正是因为发现了这些能使空气电离的射线,居里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖。

  可叹的是,伟大的居里夫人死于由放射性辐射引起的恶性血液病,而她的长女,I.约里奥-居里,也未能逃过死于白血病的宿命。

  I.约里奥-居里,也是母亲最心爱的实验助手,1926年与在母亲实验室工作的F.约里奥-居里结婚,被人唤作“小居里夫妇”。他们在两次与诺贝尔奖擦肩而过之后,终于在1935年,如愿以偿地获得了诺贝尔化学奖。

  获奖的理由是人工放射性的发现:1934年1月19日,当用钋产生的α粒子轰击铝箔时,约里奥-居里夫妇观察到一个奇妙的现象:若将放射源拿走,铝箔仍保持放射性。

  这一发现某种程度上拉开了人工利用同位素和原子能的大幕。

  著名的枣核裂变正是沿着约里奥-居里夫妇的研究方向上迸出的耀眼火花。哈恩·奥托,利用上述实验实现了人工的核裂变,证实了铀-235能够人工裂变成更轻质量的碎片,同时放出很高的能量。

  然而,对于核科学取得的飞跃,F.约里奥-居里早就对其两面性,有过思想上的斗争,并不止一次表现出忧虑。

  在广岛、长崎原子弹爆炸两年后,他审慎地表达了自己的看法:“科学具有造福和毁灭的双重面貌,这要看人们究竟怎样去利用它。这双重面貌,轮番产生了希望与不安。”

打开潘多拉魔盒

  1945年8月6日早晨,一颗长仅3米、直径0.7米的炸弹被B-29轰炸机带到广岛上空。

  这颗原子弹被亲切地称为“小男孩”,看上去与其他炸弹并无太大差别。当它爆炸之时,火球迸发出5万摄氏度的辐射热,瞬间刮起的热风,以800公里的时速,肆虐广岛大地。

  78150人当场死亡,51400人陆续死去。三天后,另一颗原子弹被投在长崎。

  F.约里奥-居里内心埋藏着对广岛和长崎深深的愧疚,倡导和平成为他后半生的主要工作。不过,他仍未对科学利用核能丧失信心。

  1948年12月15日,在他的主持下,法国第一个原子反应堆“左埃”开始运转。

  反应堆产生的核能与原子弹最大的不同之处在于所含的铀-235浓度和释放方式不同。

  在核反应堆中,铀-235只占3%~5%,可以慢慢放出能量;而原子弹中其含量可达90%以上,并且是在百万分之一秒或更短的时间内将能量全部释放。

  然而,直到原子弹爆炸的几年后,科学家们才逐步了解如何掌控这种能量的释放。

  1954年6月27日,世界上第一座原子能发电站在苏联奥布灵斯克建成,装机容量只有5000千瓦。1957年,美国建成90000千瓦的希平港核电站,也实现了对核能的和平利用。

  虽然那些削减不下去的核弹头仍是悬于人类头顶的达摩克利斯之剑,不过,科学家们终于看到了核技术带来的和平与发展,他们不必再为自己的发现曾导致了人类的大灾难而难以释怀。

  核技术发展如今已经渗透到各个领域。换句话说,人类对它已经产生了依赖。

  就在近日,兰州重离子治疗中心总体规划设计方案已初步完成。这项核技术应用的重量级项目,位于城市的东端,将按世界一流标准建造、并会拥有一台含4个终端的重离子加速器,总投资将超过10亿元。

  将重离子用于癌症治疗实现产业化的正是中科院兰州近代物理研究所。而他们另一项利用核技术开展的研究也崭露头角。

  2010年,珠海市斗门区在北部生态农业园里辟出30至50亩地,准备将本地的花卉和蔬菜种子交给近代物理研究所,想通过重离子束作为辐射诱变源选育优种。

  在植物种质诱变育种操作中,其单位剂量的诱变效率较X射线高出10倍,具有诱变率高、突变易稳定的优点。

  其实,玉米、小麦、水稻等多种作物种子,早已在近代物理研究所享受过“被辐射”的待遇了。不过,很多人可能并不了解,我们入口的美味,也有不少已经“被辐射”了。

  用核照射食品,是为了进行有效杀菌。联合国粮农组织、世界卫生组织和国际原子能机构等早在1980年就曾宣布,任何食品经10000格瑞以下剂量的辐照处理都是安全的。

  在天津金鹏源辐照技术公司的辐射区里,每天都有一批批食品要被传送进去,经过几小时钴-60的辐射消毒,并达到规定的吸收剂量后,它们才会从辐射区内被运送出来。过不了多久,这些食品就会被摆上货架,进而变成人们的腹中之物。

  目前,我国年辐照的产品已超过10万吨,并仍在扩张式发展。然而,大部分公众却并没有知情权,他们根本不能从产品标识中知晓哪些物品是经过“辐射”处理的,更别说忧虑了。

  在2004年的辐照行业世界年会上多个国家代表达成共识,在当前环境下,为避免公众误解,不宜提倡主动标识;待今后公众认知水平提高后,再予以推广。

核之殇

  公众对“核”的担忧很容易理解,“谈核色变”是因为它给人类留下过太多的惨烈。

  投放在日本的原子弹自不必提,各国进行的累计上千次的核试验也给人们内心蒙上了阴影。

  高枕无忧地和平利用核能,也只是人类的一厢情愿。

  1986年4月26日凌晨1点23分,切尔诺贝利,这座位于苏联乌克兰地区的核电站,给人类带来了和平使用核能历史上最大的一次惨剧。

  彼时,核电站的4号核反应堆发生爆炸,厂房屋顶被炸飞、火柱高达30多米,超过8吨的强辐射物质喷涌而出,释放出了相当于广岛原子弹200多倍的辐射量。

  当天,较重的放射性物质就随西风抵达波兰;第三天,放射性尘埃扩散到苏联西部的大片地区,并开始威胁西欧;第四天,斯堪的纳维亚半岛和德国受到影响;10天内,放射性尘埃落到了欧洲大部分地区。

  事故发生的20年后,在帕米尔高原慕士塔格海拔7000米处,中科院青藏高原所研究员田立德正在钻取的一根长41.6米的冰芯。这根冰芯并不特别,但却令人意外地记录下了20年前切尔诺贝利核泄漏时,铯-137所产生的放射性峰值。

  这说明放射性物质飘散到了这里,并在冰芯中保存了下来。可惜的是,田立德当时未能检测到放射性强度。

  关于切尔诺贝利核事故确切的伤亡人数,各方说法不一。据事故发生4个月后苏联官方数据,这场事故导致31人死亡,以抢险人员为主,203人罹患放射病,13.5万人被从危险区撤出。

  而乌克兰国家辐射保护委员会副主任尼可莱·奥梅里安内茨则提供了不同的数据:“在乌克兰,有200万人被官方划为切尔诺贝利事故受害人,他们当中至少有50万人,也许更多,已经死去。”

  或许,国际原子能机构、世界卫生组织、联合国发展署在2005年9月5日发布的文告更为客观:大约为4000人,这包括已经死亡的人,以及参加援救的工人、士兵和污染严重地区居民的预期死亡数。

  无论哪个说法,都是人类为能源利用付出的代价。

  切尔诺贝利核事故对儿童健康造成的伤害,更是永远无法弥补之痛。

  2003年2月,爱沙尼亚科学家Mati Rahu在《欧洲癌症杂志》发表了题为《切尔诺贝利事故对健康的影响:恐惧、谣传和真相》的文章。

  这篇参考联合国原子辐射效应科学委员会2000年度报告和其他研究的综述文章称,核事故对健康的影响主要表现在儿童甲状腺癌的危险激增,和大量被迫移居人群的心理疾病上。

  故土难离的情结,和心理出现问题息息相关。

  在离切尔诺贝利核电站15公里远的隔离区内,一个叫做伊利因齐的村中,现在就居住着约30名自愿回迁的老年人。50多岁的穆济琴科看上去身体还不错。因为舍不得祖辈生存之地,他在事故发生的次年就和妻子、年迈的父母冒着危险回到了这里。

  对事态表示乐观的并不只有穆济琴科一家。2007年,一篇发表在《环境放射能杂志》上的文章就认为,问题似乎并没有人们想象的那么糟糕。

  来自国际原子能研究所的M.I. Balonov在文章中称,在白俄罗斯、俄罗斯和乌克兰相对影响较轻的地区,现在的辐射值已经恢复到了天然的状态。

  并且,除了被辐射儿童患甲状腺癌比例激增、被大剂量辐射过的士兵中白血病患者有增加外,没有证据表明辐射给当地居民带来了任何其他身体上的疾病。

向哪里去

  恐慌,很难随着一组组枯燥的数据而有所消退。

  “东京辐射量超标20倍!”10多天前,日本福岛第一核电站的几个机组发生核泄漏,把全世界逐渐放下20多年的忐忑之心,再次提到了嗓子眼儿。

  这次核泄漏发生的一星期后,事故级别从4级被提高为5级。核泄漏,更使日本股市几天内跌去1/4。

  虽然,各个权威机构和官方媒体纷纷辟谣,此次福岛的核泄漏与切尔诺贝利相去甚远,与1979年美国三哩岛核电站泄漏事故等级相当,并不会对世界构成威胁。

  然而,数以十亿计的人们仍天天坐在电视和网络面前,关注着日本列岛上方的风向和未来天气走向。

  而分处太平洋两岸的中国和美国民众,更是不约而同地开始抢购 “碘”。

  这一次,人类再次目睹了自己在核电事故面前的无助。毕竟,被渲染成固若金汤的核电站,仍是禁不住大自然的给力一击。

  绿色和平组织的负责人史蒂夫·坎贝尔就向媒体表示:“(福岛核电站事故)证明所有的核电站都不再安全。”

  与此同时,各个国家政府的表态也出现分野。美国能源部长朱棣文15日称,美国仍会致力于核能的发展。他认为,为满足需求,美国必须依赖包括核能在内的多样化能源来源。国务院总理温家宝于3月16日主持召开国务院常务会议,要求暂停审批核电的新项目。

  在法国,总统萨科齐断然拒绝了绿党发起的、对继续发展核电进行全民公决的要求;

  德国总理默克尔则宣布暂停运营部分核电站,甚至还确认了2022年全面退出核能的意愿;

  意大利政府原本坚持按原计划重返核能,但迫于压力,预计将会实行全民公投……

  民众与政府,欲望与理性在这一刻展开博弈。

  回望历史,两次石油危机,掀开了世界各国大规模上马核电工程的序幕;今天福岛的核事故,也许会让高涨的核电建设热情暂时冷却。

  毕竟,100美元一桶的昂贵石油和巨大的能源需求,或许才是决定核能走向的“万能指针”。

  撇开核能不谈,核技术在工业、食品卫生、农业域、环境保护、放射性示踪、核分析、核检测领域的应用发展,更是涉猎已深。

  核技术何去何从,科学与政治无疑将扮演很重要的角色。

  卡尔·波普尔曾说,“科学其实是可以被证实又可以被证伪,也就是说科学永远存在着各种漏洞”,理论上,漏洞总会有办法填补,失误总会被铭记,教训总会被吸取。

  但问题是,人类是否有足够的理性,来对待不断进步的科学带给人类的诱惑和欲求?