第二組 : 詹佳雯

1. 3_3自然資源 第二組:詹佳雯

2. 核能發電 • 核子動力（英語：Nuclear power，也稱原子能）是利用可控核反應來獲取能量，從而得到動力、熱量和電能。產生核電的工廠被稱作核電站，將核能轉化為電能的裝置包括反應爐和汽輪發電機組。核能在反應爐中被轉化為熱能，熱能將水變為蒸汽推動汽輪發電機組發電。 • 因為核輻射問題和現在人類還只能控制核裂變，所以核能尚未得到所有國家、民眾的認可，在大部分的國家暫時未有大規模的利用。利用核反應來獲取能量的原理是：當裂變材料（例如鈾-235）在受人為控制的條件下發生核裂變時，核能就會以熱的形式被釋放出來，這些熱量會被用來驅動蒸汽機。蒸汽機可以直接提供動力，也可以連接發電機來產生電能。世界各國軍隊中的某些潛艇及航空母艦以核能為動力（主要是美國）。 • 根據國際能源署的資料，2007年全球電力有13.8%由核能提供。[1]在2009年底，全球有436個核反應爐分佈在30個國家，有370吉瓦的裝機容量（3.7×1011瓦特，滿載時的輸出功率）。[1] 還有，有超過150艘使用核子動力推進的艦船已被建造。 • 核電站事故包括車諾比核事故（1986年）, 福島第一核電站事故(2011), 和三哩島核泄漏事故(1979)。還有一些核子動力潛艇事故。在這些核事故之前，按照每個單位發電的人命損失計算，核電的安全記錄是好於世界上其他幾種主要的發電方式。將來可能會使用核聚變發電，其安全性將可以接受。 • 中國已有25座核電站正在建造，並且計劃建造更多的[2]。美國有近一半的核反應爐的證書被延長到60年[3]，並且認真考慮建造十幾個新核電站的計劃[4]。德國決定在2022年前關閉所有核電站，而義大利禁止核電站[5]。繼福島之後，國際能源機構估計到2035年要減半新增加的核能發電能力[6]。

3. 起源 • 第一個成功的核裂變實驗裝置在1938年的柏林被德國科學家奧托·哈恩、莉澤·邁特納和弗瑞茲·斯特拉斯曼製成。 • 在第二次世界大戰中，一些國家致力於研究核能的利用，它們首先研究的是核反應爐。1942年12月2日，恩里科·費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應爐，在他的研究基礎上建立的反應爐被用來製造轟炸了長崎的原子彈「胖子」中的鈽。在這個時候，一些國家也在研究核能，它們的研究重點是核武器，但同時也進行民用核能的研究。 • 1951年12月20日人類首次用核反應爐產生出了電能，這個核反應爐位於愛德荷州Arco的EBR-I試驗增殖反應爐，它最初向外輸出的功率為100kW。 • 1952年，帕雷委員會（「總統的材料政策委員會」的簡稱）向當時的美國總統哈利·S·杜魯門提交了一份報告，這份報告認為核能的前景「相當悲觀」，它建議應該讓科學家們研究太陽能。[10] • 1953年12月，美國總統德懷特·艾森豪發表的名為「和平需要原子」的演說，這使美國政府開始資助一系列國際間的核能研究。

4. 發展 • 核反應爐的功率提升迅速，從1960年代的不到1吉瓦猛增至1970年代的100吉瓦，1980年代又升到了300吉瓦。1980年以後，核反應爐的功率的提升變得不那麼迅速了，到2005年，功率只上升到了366吉瓦，大部分來自於中國的核能建設。[14] • 這是華盛頓公共供電系統，其中的3號和5號核電站在未完工時便遭廢棄。 • 在1970年代和1980年代之間，建造核電站所需的巨額費用（來自政府要求的提高和一些反對者的訴訟所要求的經常性改進）和下降中的化石燃料價格使建造當中的核電站變得不那麼吸引人。 • 在20世紀後半葉，一些反對核能的運動開始興起，它們擔心的是核事故和核輻射，還反對生產，運輸和儲藏核廢料。1979年的三哩島核泄漏事故和1986年的車諾比核事故成為了許多國家停止建造新核電站的關鍵理由。澳大利亞於1978年，瑞典於1980年，義大利於1987年都對建造核電站的問題發動了全民公投，同時愛爾蘭的核能反對者成功地阻止了在該處核能計劃的實施。但布魯金斯學會表示，美國政府沒有批准新核電站的建造主要是由於經濟原因，而非安全問題。[15]

5. 核燃料的來源 • 鈾是一種常見的化學元素，陸地上和海洋中的每個地方都存在著鈾。它就跟錫一樣常見，儲量比金高500倍。大部分種類的岩石和土壤都包含著鈾，儘管濃度極低。現在，比較經濟的鈾儲藏地的鈾濃度至少為0.1%。以現在的花費速度來算，地球上可被提取的鈾還可用50年。在這種情況下，將鈾的價格提高一倍會將核電站的運行成本提高5%。但是，如果將天然氣的價格提高一倍，那麼天然氣的供應成本會提高60%。將煤的價格提高一倍會將煤的供應成本提高30%。 • 鈾的提純會產生出許多噸貧鈾（DU），它包含了鈾-238和大多數鈾-235。鈾-238有幾種商業上的應用，比如說飛機製造，輻射防護，製造子彈和裝甲，因為它具有比鉛更高的的密度。一些證據顯示過度接觸鈾-238的人會得疾病，這些人包括坦克乘員和在有大量貧鈾存在的地區居住的居民。 • 現在的輕水反應爐遠遠沒有能充分利用核燃料，這造成了浪費。更有效的反應爐或再處理技術將會減少核廢料的數量，並且能更好地利用資源。[17] • 與現在使用鈾-235（占天然鈾的0.7%）的輕水反應爐不同的是，快速增殖反應爐使用的是鈾-238（占天然鈾的99.3%）。鈾-238估計可供核電站使用50億年。[18]增殖技術已經被應用在了幾個反應爐中。[19]至2005年12月，唯一正在向外界提供能量的增殖反應爐是位於俄羅斯別洛雅爾斯克的BN-600。（BN-600的輸出功率為600兆瓦，俄羅斯還計劃在別洛雅爾斯克核電站建造另一個反應爐，BN-800）還有，日本的「文殊」反應爐也在準備重新起用（它從1995年起就被關閉了），中國和印度也在計劃建造增殖反應爐。 • 由釷轉化而得的鈾-233也可以用做核裂變燃料。地球上釷的儲量為鈾的儲量的三倍，而且理論上所有這些釷都可被用來進行增殖，這使釷的潛在市場大於鈾的市場。[20]與用鈾-238來製造鈽不同的是，用釷來製造鈾-233不需要快速增殖反應爐，它在常規增殖反應爐中的表現已經很令人滿意了。 • 計劃中的核聚變反應爐使用的核燃料是氘，一種氫的同位素，現在的設計也會用到鋰。以現在人類消耗能量的速度來看，地球上可開採的鋰還可以用3000年，海洋中的鋰可用6000萬年，如果核聚變反應爐只消耗氘的話，它們可以工作1500億年。[21]相比之下，太陽只剩下了50億年的壽命。 而地球的碳水化合物生物壽命，只剩下不到20億年了。

6. 再處理 • 處理可以回收用過的核燃料中95%的鈾和鈽，並將它們轉化為新的混合氧化物燃料。這也同時減少了核廢料的長期放射性，因為經過再處理後，剩餘核廢料中主要就是半衰期短的裂變產物，並且它的體積也減少了90%。民用核燃料產生的廢料的回收已經在英國、法國和（以前）俄羅斯大規模應用，中國也即將應用這項技術，印度也可能應用，日本應用此項技術的規模也在擴展中。伊朗已經宣布成功進行了核廢料的再處理，這就完善了它的核燃料循環，但是同時也招致了美國和國際原子能機構的批評。[24]與其它國家不同的是，美國在一段時間前是禁止核廢料再處理的；儘管這個政策已經被廢除，但是現在美國大部分使用後的核燃料都仍然在被當作廢料處理。[25]

7. 對人類健康的影響 • 人類接觸到的大多數輻射都屬於自然界的背景輻射。背景輻射之外的那一部分，絕大多數都與醫療有關。一些覆蓋了美國、加拿大和歐洲的大規模研究沒有發現任何錶明居住在核反應爐周圍的居民癌症死亡率升高了的證據。舉例來說，1990年，美國國立衛生研究院中的美國國家癌症研究所（NCI）宣稱，在對16種癌症的死亡率進行了一項大規模研究後，他們認為居住在美國62座核電站周圍的居民癌症死亡率並不比其它地方高。這項研究同時發現，在新建了一座核電站後，當地兒童的白血病死亡率也沒有增長。這項研究是美國國家癌症研究所進行的規模最大的對癌症的研究，它一共在核電站周圍的居民中調查了900000個因癌症而死的人。 • 除了車諾比核事故的直接影響外，在烏克蘭和白俄羅斯的一些地方，土壤也含有放射性。因此在車諾比核電站周圍有規劃疏散區防止民眾進入。 • 在2006年3月，安全檢查發現，美國境內的一些核電站一直有受了氚污染的水泄漏到土壤里。[50]（被核電站排放出來的水會通過廢水管道流進河裡，這時的廢水已經達到了排放標準。但是，通過向土壤中排放，只有很少量的氚進入了飲用水供應系統。）伊利諾州的司法部長說，她要以六處這樣的泄漏為名控告Exelon公司，她要公司向周邊居民提供乾淨的自來水，儘管公司外的每個水井中的水都沒有超標。[51]在進行了調查後，美國核管理委員會聲稱「這次檢查確認了公眾的健康和安全沒有受到有害影響，並且公眾接觸的照射劑量與美國核管理委員會的標準相比是非常低的。」但是，美國核管理委員會主席說：「他們需要修復它。」

8. 核武器擴散 • 核能的反對者指出，核技術經常是軍民兩用性質的，民用核計劃中用到的材料和技術都可以用於發展核武器。能夠防止核擴散是核反應爐的主要設計指標之一。 • 在大多數國家中，軍用和民用的核技術經常與該國的核能力一起被提及。比如說，在美國，能源部的首要目標是「增強美國的公民，經濟和能源的安全性；為了達到此目標，還要鼓勵科學上和技術上的創新；並且消除公民對於核武器的恐懼。」[52] • 大部分核反應爐中的濃縮鈾的濃度對於製造核彈來說太低。大多數核反應爐使用的是濃度為4%的濃縮鈾；原子彈小男孩用的是80%的濃縮鈾；雖然低濃度的濃縮鈾也可以用來製造原子彈，但是濃度的下降會使炸彈的最小尺寸變得出奇的大，這是很不切實際的。但是，用來為發電製造濃縮鈾的工廠和技術也可以製造核彈所需的高純度濃縮鈾。[53] • 另外，核反應爐在工作時製造出的鈽，如果在再處理時進行濃縮的話，也是可以用來製造核彈的。雖然在一般核反應爐的核燃料循環中製造出來的鈽中，鈽-240的低濃度使它沒有成為製造武器的理想材料，但是還是可以由它製造出有用的武器。[54]如果一個核反應爐所在的核燃料循環非常短，那麼具有武器級濃度的鈽就可以被製造出來。但是，在許多反應爐中進行這種活動是很難掩人耳目的，因為用民用核反應爐來製造核武器需要經常關閉核反應爐來添加核燃料，而這在衛星圖片上是清晰可見的。

9. 大部分人都相信印度和巴基斯坦在它們的核能計劃中使用了CANDU核反應爐來為核武器製造可裂變材料，但是，這不是完全正確的。加拿大（提供了40MW的試驗型核反應爐）和美國（提供了21噸重水）都向印度提供了開展核武器計劃所需要的技術。由於並沒有規定一國該怎樣使用從他國得到的核技術，因此印度可以用這些技術來製造核武器。[55]巴基斯坦被相信在一個自主的濃縮計劃中為它的核武器製造出了裂變材料。[56]大部分人都相信印度和巴基斯坦在它們的核能計劃中使用了CANDU核反應爐來為核武器製造可裂變材料，但是，這不是完全正確的。加拿大（提供了40MW的試驗型核反應爐）和美國（提供了21噸重水）都向印度提供了開展核武器計劃所需要的技術。由於並沒有規定一國該怎樣使用從他國得到的核技術，因此印度可以用這些技術來製造核武器。[55]巴基斯坦被相信在一個自主的濃縮計劃中為它的核武器製造出了裂變材料。[56] • 為了預防核武器的擴散，國際原子能機構在1968年通過並實施了防止核武器擴散條約（NPT），條約規定簽約國對於核技術必須採取保護措施。簽約國被要求向國際原子能機構報告它們擁有的核材料的種類和位置。簽約國還同意，為了能進入國際核市場，它們允許國際原子能機構派出調查員和監督員來確認它們關於核材料的報告，並且對它們的核材料進行檢查。 • 有些國家以前沒有簽署這項條約，並且有能力使用國際間援助的核技術（經常為民用）來發展核武器（印度、巴基斯坦、以色列和南非）。南非後來也成為了防止核武器擴散條約的簽約國，現在它是世界上唯一已知發展了核武器並被證實將其銷毀了的國家。[57]在那些簽署了這項條約並通過海運收到了一些零星的核材料的國家中，許多國家已經宣稱或已被指責嘗試著使用應為民用的核電站來發展武器，比如說伊朗和朝鮮。有些種類的核反應爐比其它種類更容易被用來製造核武器，而且國際上的一些關於核武器擴散的爭論已經聚焦到了具有發展核武器的野心的國家中某些具體的反應爐型號上。

10. 一些新的技術，比如說SSTAR，可能通過密封的核反應爐，有限的獨立式核燃料供應和對於人為干涉的管制來降低核武器擴散的風險。一些新的技術，比如說SSTAR，可能通過密封的核反應爐，有限的獨立式核燃料供應和對於人為干涉的管制來降低核武器擴散的風險。 • 在擴展核能的用途時，一個可能的障礙是鈾礦石的儲量限度，這在建造和運行增殖核反應爐時是必需的。但是，以現在的消耗速度來算，地球上還有足夠的鈾—「總的說來，能供我們開採的鈾儲量還能用幾百（最高1000）年，即使使用標準的反應爐。」[58]在卡特總統的領導班子對核燃料再處理下了禁令之後，美國境內的增殖反應爐全部被關閉了，對核燃料再處理下禁令是因為在再處理的過程中，武器級核材料擴散的風險是無法為人所接受的。 • 一些核能的支持者對於核武器擴散的風險可能是國際間預防「不民主」的發展中國家獲得任何核技術的原因之一表示同意，但是他們說「民主」的已開發國家沒有任何理由關閉位於它們境內的核電站，尤其因為「民主國家」之間「不會挑起戰爭」。 • 核能的支持者還說，核能與其它一些能源相似，能持續以同樣的價格持續地供電，還不會讓國與國之間爭搶能源，而國際間對於能源的爭搶可能會導致戰爭。 • 2006年2月，美國宣布了它的一項新措施，即全球核能源合作計劃。在這項計劃中，國際間會合作使用一種能夠防止核擴散的核燃料再處理方法，同時也使發展中國家能夠發展核能計劃。

11. 廢熱 • 核反應爐需要冷卻，典型的是用水來冷卻（有時不是直接的）。使用水來將能量從一個熱源帶走，需要一個冷源，這個過程叫做蘭金循環（Rankine cycle）。能通過蘭金循環來轉化為能量的熱是有限度的。多餘的熱量需要當作廢熱來排放掉，這時就需要冷卻水了。河流是最常用的冷卻水來源，也是廢熱的排放地點。廢水的溫度必須受到限制，否則會將河中的魚殺死；生物圈中比一般水溫度高的熱水是一個潛在的長期隱患。在大多數新的核電站中，這個問題被冷卻塔解決了。廢水對於所有的傳統供電廠，包括煤，石油和天然氣供電廠都是一個問題，因為它們都靠著蘭金循環來產生能量。這四種供電廠只是在熱源上有所不同。 • 對於限制廢氣溫度的需求也會限制住發電能力。在極熱的天氣中，用電量是最高的，但是這時核電站的發電量卻可能會下降，因為核電站中冷卻水的溫度會變得更高，這樣它的冷卻效率就會降低。在改進核電站的設計時，工程師們會考慮到這點，因為冷卻能力的增加會讓建造資金也增加。

12. 世界各國核電狀態深藍：有核電且在增建淺藍：有核電且計畫增建深綠：沒有核電但在增建淺綠：沒有核電但計畫增建黃：有核電但不增建紅：有核電但在裁減黑：核能發電被法律明文禁止灰：沒有核電也不打算有世界各國核電狀態深藍：有核電且在增建淺藍：有核電且計畫增建深綠：沒有核電但在增建淺綠：沒有核電但計畫增建黃：有核電但不增建紅：有核電但在裁減黑：核能發電被法律明文禁止灰：沒有核電也不打算有