問答題"宇宙大爆炸理論"是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最著名、也是影響最大的一種學(xué)說，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀點是認為整個宇宙最初聚集在一個"原始原子"中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發(fā)就被稱為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。 宇宙大爆炸的設(shè)想最早由比利時天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據(jù)并不使人信服，但到20世紀60年代以后，越來越多的證據(jù)表明大爆炸模型在科學(xué)上有強大的說服力，特別是英國著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。 根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)模型的觀點，宇宙150億年的演化過程分為三個階段。大爆炸的整個過程大致是這樣的： 大約150億年前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個體積無限小的點在四大皆空的"無"中爆炸了，時空從這一刻開始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡"零"時。 第一個階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個階段的時間特別短，短到以秒來計，稱為"太初第一秒"。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時，溫度繼續(xù)下降，但仍高達100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當(dāng)時除氫核--質(zhì)子外，沒有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的"宇宙湯"。 第二個階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數(shù)千年。在"宇宙湯"中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著整個宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時期開始形成。中子和質(zhì)子開始核聚變過程，所有的中子迅速合成到由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數(shù)量較少。各種輕元素的豐度--即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當(dāng)溫度進一步下降到100萬攝氏度時，早期形成化學(xué)元素的過程就結(jié)束了。此時宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強，但是沒有星體存在。 第三個階段是宇宙形成的主體階段。這個階段的時間最長，至今我們?nèi)陨钤谶@一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時，此時上述各種原子核開始與電子結(jié)合為中性原子，這一過程稱為復(fù)合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團塊。又過了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個別天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，人類也終于在地球上誕生了。生命現(xiàn)象出現(xiàn)在宇宙形成的哪個階段？這個階段的主要特征是什么？

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1.問答題"宇宙大爆炸理論"是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最著名、也是影響最大的一種學(xué)說，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀點是認為整個宇宙最初聚集在一個"原始原子"中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發(fā)就被稱為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。 宇宙大爆炸的設(shè)想最早由比利時天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據(jù)并不使人信服，但到20世紀60年代以后，越來越多的證據(jù)表明大爆炸模型在科學(xué)上有強大的說服力，特別是英國著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。 根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)模型的觀點，宇宙150億年的演化過程分為三個階段。大爆炸的整個過程大致是這樣的： 大約150億年前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個體積無限小的點在四大皆空的"無"中爆炸了，時空從這一刻開始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡"零"時。 第一個階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個階段的時間特別短，短到以秒來計，稱為"太初第一秒"。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時，溫度繼續(xù)下降，但仍高達100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當(dāng)時除氫核--質(zhì)子外，沒有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的"宇宙湯"。 第二個階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數(shù)千年。在"宇宙湯"中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著整個宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時期開始形成。中子和質(zhì)子開始核聚變過程，所有的中子迅速合成到由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數(shù)量較少。各種輕元素的豐度--即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當(dāng)溫度進一步下降到100萬攝氏度時，早期形成化學(xué)元素的過程就結(jié)束了。此時宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強，但是沒有星體存在。 第三個階段是宇宙形成的主體階段。這個階段的時間最長，至今我們?nèi)陨钤谶@一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時，此時上述各種原子核開始與電子結(jié)合為中性原子，這一過程稱為復(fù)合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團塊。又過了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個別天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，人類也終于在地球上誕生了。簡述伽莫夫、斯蒂芬·霍金對大爆炸理論的貢獻？
2.問答題"宇宙大爆炸理論"是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最著名、也是影響最大的一種學(xué)說，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀點是認為整個宇宙最初聚集在一個"原始原子"中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發(fā)就被稱為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。 宇宙大爆炸的設(shè)想最早由比利時天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據(jù)并不使人信服，但到20世紀60年代以后，越來越多的證據(jù)表明大爆炸模型在科學(xué)上有強大的說服力，特別是英國著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。 根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)模型的觀點，宇宙150億年的演化過程分為三個階段。大爆炸的整個過程大致是這樣的： 大約150億年前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個體積無限小的點在四大皆空的"無"中爆炸了，時空從這一刻開始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡"零"時。 第一個階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個階段的時間特別短，短到以秒來計，稱為"太初第一秒"。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時，溫度繼續(xù)下降，但仍高達100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當(dāng)時除氫核--質(zhì)子外，沒有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的"宇宙湯"。 第二個階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數(shù)千年。在"宇宙湯"中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著整個宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時期開始形成。中子和質(zhì)子開始核聚變過程，所有的中子迅速合成到由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數(shù)量較少。各種輕元素的豐度--即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當(dāng)溫度進一步下降到100萬攝氏度時，早期形成化學(xué)元素的過程就結(jié)束了。此時宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強，但是沒有星體存在。 第三個階段是宇宙形成的主體階段。這個階段的時間最長，至今我們?nèi)陨钤谶@一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時，此時上述各種原子核開始與電子結(jié)合為中性原子，這一過程稱為復(fù)合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團塊。又過了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個別天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，人類也終于在地球上誕生了。試述大爆炸理論的主要觀點？
3.問答題

由于人們第一次認識到核能的巨大威力，是從日本廣島、長崎受到原子彈的襲擊而得來的。不少人從此也形成了對核能的恐懼，認為核能是災(zāi)難、污染的化身。其實核能與傳統(tǒng)能源相比的優(yōu)點是明顯的，概況說來是高效、清潔與安全。表2－2列出了各種能源的能量密度，從中可以確認核能是一種高效的能源。
清潔是指廢物總量及其對環(huán)境的影響。一座1000MW的核電站每年卸出的燃燒后的核燃料（稱作乏燃料）30余噸，其中絕大多數(shù)經(jīng)處理后可回收利用，僅50余千克是真正待處置的"廢物"。當(dāng)然，由于這些都是放射性元素，處理時要解決特殊的科學(xué)技術(shù)問題。但總量少、總?cè)莘e小是其基本特點。與此相比，一座同功率的燃煤電站每年需耗煤200余萬噸，向環(huán)境排放的廢物有650萬噸CO、1.7萬噸SO、4000噸NO及28噸煙灰。在煙灰中約含400噸有毒的重金屬，如砷、汞、鉛、鎘。還有0.68克鐳、4.3噸釷及2噸鈾放射性物質(zhì)隨煙灰排放到大氣中。煤電站排出的氣體中，二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的根源，二氧化碳則是影響全球大氣環(huán)境的溫室氣體，均屬應(yīng)限制及減少排放的對象。二氧化硫?qū)θ说慕】凳菍θ说慕】凳菢O為有害的，上述的排放量約為人群致死劑量的1/10。1952年12月倫敦發(fā)生"毒霧"事件，引起4000人死亡、10余萬人生病，究其原因是由于當(dāng)時氣象條件使燃煤煙霧及二氧化硫不能及時擴散所致。
關(guān)于放射性安全問題，人類的生活環(huán)境中本來就存在天然放射性，來自于土壤、居室、空氣及宇宙線這些放射性稱為"天然本底"。由于核電站采取了嚴格的技術(shù)與管理，對核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)、外的整個循環(huán)過程中，都采取了嚴密的與環(huán)境隔離的措施，周圍居民因為核電站而受到的放射性污染只比"天然本底"增加了百分之一，而煤電站由于煤的吞吐量大，沒有隔離防護措施，隨煙灰排放的放射性物質(zhì)對周圍居民的影響比"天然本底"高一倍，其放射性污染也比核電站大得多。
由于人們對核能的認識是始于原子彈，不少人形成了對核能的恐懼。核電站不會像原子彈那樣爆炸，因為核電站和原子彈所用的核燃料濃度不同，核電站動力堆的核燃料中，鈾－235的濃度一般只占3％～4％，而原子彈的核燃料中，鈾－235或钚－239的濃度必須在90％以上。因此核電站動力堆根本不具備原子彈那樣的爆炸條件。萬一"事故"一旦發(fā)生，由于核電站的反應(yīng)堆內(nèi)核燃料是分散放置的，鈾會因熱膨脹而散開，這樣它就不可能像原子彈那樣，"瞬間"把鈾緊密地集聚在一起而引起爆炸。原子彈爆炸的大量放射性物質(zhì)釋放出來危害人類和生物，而反應(yīng)堆中核燃料裂變后產(chǎn)生的放射性物質(zhì)則被層層包圍在三道屏障內(nèi)。第一道是密封核燃料的包殼，萬一包殼損壞還有壓力殼和安全殼兩道屏障，不會讓放射性物質(zhì)排放出去。
歷史上核電站發(fā)生事故的記載有兩次：美國三里島事故和前蘇聯(lián)（烏克蘭境內(nèi)）切爾諾貝利事故。三里島事故發(fā)生在1979年，由于二回路給水泵跳閘，引起一系列意外，致使反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑沸騰，部分燃料露出了水面，從而最終導(dǎo)致2/3堆芯溶化。盡管由于堆芯溶化向安全殼釋放出大量的放射性物質(zhì)，但是由于有了安全殼的屏障，故從安全殼向環(huán)境釋放放射物相對來說還是相當(dāng)小的。它使周圍居民受到的最大有效劑量為0.85mSv（毫希）；在80km范圍內(nèi)，平均個人劑量為0.015mSv。這些數(shù)值均低于規(guī)定值，更遠遠低于其他人造輻射和天然輻射本底值，這說明了安全殼的有效性，由于它起屏障作用，即使發(fā)生了這樣嚴重的事故，對環(huán)境和居民的影響也很小。1986年4月26日，切爾諾貝利核電站4號機組發(fā)生了人類歷史上最大的一次核事故，所造成的放射性環(huán)境污染和輻射后果及其影響范圍遠比三里島事故要嚴重得多。
切爾諾貝利事故釋放到環(huán)境中放射總量為12×10Bq，其中I為（1.3～1.8）×10Bq，占堆芯中I總量的50％～60％。惰性氣體為（6～7）×Bq，占堆芯中惰性氣體量100％。切爾諾貝利事故使"清除人員"受到的平均劑量約100mSv；從廠區(qū)周圍撤出的人員受到的劑量遠遠超過規(guī)定值，如近1萬人平均受到大于50mBv劑量，近5000人受到大于100mSv的劑量，這相當(dāng)于正常規(guī)定的10～20倍之多。總共有237名職業(yè)人員被確診得了"輻射病"，其中有31名職業(yè)人員死亡；但周圍公眾卻無一人因此事故而死亡。切爾諾貝利事故的主要原因是安全設(shè)計有嚴重錯誤。例如：沒有安全殼：這種石墨反應(yīng)堆有正溫度系數(shù)，即溫度上升時，反應(yīng)性增大等等。這些不安全因素在壓水堆核電站上都不存在。其直接原因是工作人員一再違反操作規(guī)程，最后導(dǎo)致堆芯溶化和爆炸事故的發(fā)生。總結(jié)這些經(jīng)驗教訓(xùn)，拋棄選擇石墨堆，認真改進安全設(shè)計，核電站的安全乃是有充分保證的。表2－3是對在反應(yīng)堆廠址周圍生活的居民各類事故引起的死亡人數(shù)的一個估計。

表2－3反應(yīng)堆廠址周圍1500萬居民中各類事故引起的死亡人數(shù)的估計值
 

為什么說核能是安全的能源？
4.問答題

由于人們第一次認識到核能的巨大威力，是從日本廣島、長崎受到原子彈的襲擊而得來的。不少人從此也形成了對核能的恐懼，認為核能是災(zāi)難、污染的化身。其實核能與傳統(tǒng)能源相比的優(yōu)點是明顯的，概況說來是高效、清潔與安全。表2－2列出了各種能源的能量密度，從中可以確認核能是一種高效的能源。
清潔是指廢物總量及其對環(huán)境的影響。一座1000MW的核電站每年卸出的燃燒后的核燃料（稱作乏燃料）30余噸，其中絕大多數(shù)經(jīng)處理后可回收利用，僅50余千克是真正待處置的"廢物"。當(dāng)然，由于這些都是放射性元素，處理時要解決特殊的科學(xué)技術(shù)問題。但總量少、總?cè)莘e小是其基本特點。與此相比，一座同功率的燃煤電站每年需耗煤200余萬噸，向環(huán)境排放的廢物有650萬噸CO、1.7萬噸SO、4000噸NO及28噸煙灰。在煙灰中約含400噸有毒的重金屬，如砷、汞、鉛、鎘。還有0.68克鐳、4.3噸釷及2噸鈾放射性物質(zhì)隨煙灰排放到大氣中。煤電站排出的氣體中，二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的根源，二氧化碳則是影響全球大氣環(huán)境的溫室氣體，均屬應(yīng)限制及減少排放的對象。二氧化硫?qū)θ说慕】凳菍θ说慕】凳菢O為有害的，上述的排放量約為人群致死劑量的1/10。1952年12月倫敦發(fā)生"毒霧"事件，引起4000人死亡、10余萬人生病，究其原因是由于當(dāng)時氣象條件使燃煤煙霧及二氧化硫不能及時擴散所致。
關(guān)于放射性安全問題，人類的生活環(huán)境中本來就存在天然放射性，來自于土壤、居室、空氣及宇宙線這些放射性稱為"天然本底"。由于核電站采取了嚴格的技術(shù)與管理，對核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)、外的整個循環(huán)過程中，都采取了嚴密的與環(huán)境隔離的措施，周圍居民因為核電站而受到的放射性污染只比"天然本底"增加了百分之一，而煤電站由于煤的吞吐量大，沒有隔離防護措施，隨煙灰排放的放射性物質(zhì)對周圍居民的影響比"天然本底"高一倍，其放射性污染也比核電站大得多。
由于人們對核能的認識是始于原子彈，不少人形成了對核能的恐懼。核電站不會像原子彈那樣爆炸，因為核電站和原子彈所用的核燃料濃度不同，核電站動力堆的核燃料中，鈾－235的濃度一般只占3％～4％，而原子彈的核燃料中，鈾－235或钚－239的濃度必須在90％以上。因此核電站動力堆根本不具備原子彈那樣的爆炸條件。萬一"事故"一旦發(fā)生，由于核電站的反應(yīng)堆內(nèi)核燃料是分散放置的，鈾會因熱膨脹而散開，這樣它就不可能像原子彈那樣，"瞬間"把鈾緊密地集聚在一起而引起爆炸。原子彈爆炸的大量放射性物質(zhì)釋放出來危害人類和生物，而反應(yīng)堆中核燃料裂變后產(chǎn)生的放射性物質(zhì)則被層層包圍在三道屏障內(nèi)。第一道是密封核燃料的包殼，萬一包殼損壞還有壓力殼和安全殼兩道屏障，不會讓放射性物質(zhì)排放出去。
歷史上核電站發(fā)生事故的記載有兩次：美國三里島事故和前蘇聯(lián)（烏克蘭境內(nèi)）切爾諾貝利事故。三里島事故發(fā)生在1979年，由于二回路給水泵跳閘，引起一系列意外，致使反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑沸騰，部分燃料露出了水面，從而最終導(dǎo)致2/3堆芯溶化。盡管由于堆芯溶化向安全殼釋放出大量的放射性物質(zhì)，但是由于有了安全殼的屏障，故從安全殼向環(huán)境釋放放射物相對來說還是相當(dāng)小的。它使周圍居民受到的最大有效劑量為0.85mSv（毫希）；在80km范圍內(nèi)，平均個人劑量為0.015mSv。這些數(shù)值均低于規(guī)定值，更遠遠低于其他人造輻射和天然輻射本底值，這說明了安全殼的有效性，由于它起屏障作用，即使發(fā)生了這樣嚴重的事故，對環(huán)境和居民的影響也很小。1986年4月26日，切爾諾貝利核電站4號機組發(fā)生了人類歷史上最大的一次核事故，所造成的放射性環(huán)境污染和輻射后果及其影響范圍遠比三里島事故要嚴重得多。
切爾諾貝利事故釋放到環(huán)境中放射總量為12×10Bq，其中I為（1.3～1.8）×10Bq，占堆芯中I總量的50％～60％。惰性氣體為（6～7）×Bq，占堆芯中惰性氣體量100％。切爾諾貝利事故使"清除人員"受到的平均劑量約100mSv；從廠區(qū)周圍撤出的人員受到的劑量遠遠超過規(guī)定值，如近1萬人平均受到大于50mBv劑量，近5000人受到大于100mSv的劑量，這相當(dāng)于正常規(guī)定的10～20倍之多?？偣灿?37名職業(yè)人員被確診得了"輻射病"，其中有31名職業(yè)人員死亡；但周圍公眾卻無一人因此事故而死亡。切爾諾貝利事故的主要原因是安全設(shè)計有嚴重錯誤。例如：沒有安全殼：這種石墨反應(yīng)堆有正溫度系數(shù)，即溫度上升時，反應(yīng)性增大等等。這些不安全因素在壓水堆核電站上都不存在。其直接原因是工作人員一再違反操作規(guī)程，最后導(dǎo)致堆芯溶化和爆炸事故的發(fā)生?？偨Y(jié)這些經(jīng)驗教訓(xùn)，拋棄選擇石墨堆，認真改進安全設(shè)計，核電站的安全乃是有充分保證的。表2－3是對在反應(yīng)堆廠址周圍生活的居民各類事故引起的死亡人數(shù)的一個估計。

表2－3反應(yīng)堆廠址周圍1500萬居民中各類事故引起的死亡人數(shù)的估計值
 

為什么說核能是清潔的能源？
5.問答題

由于人們第一次認識到核能的巨大威力，是從日本廣島、長崎受到原子彈的襲擊而得來的。不少人從此也形成了對核能的恐懼，認為核能是災(zāi)難、污染的化身。其實核能與傳統(tǒng)能源相比的優(yōu)點是明顯的，概況說來是高效、清潔與安全。表2－2列出了各種能源的能量密度，從中可以確認核能是一種高效的能源。
清潔是指廢物總量及其對環(huán)境的影響。一座1000MW的核電站每年卸出的燃燒后的核燃料（稱作乏燃料）30余噸，其中絕大多數(shù)經(jīng)處理后可回收利用，僅50余千克是真正待處置的"廢物"。當(dāng)然，由于這些都是放射性元素，處理時要解決特殊的科學(xué)技術(shù)問題。但總量少、總?cè)莘e小是其基本特點。與此相比，一座同功率的燃煤電站每年需耗煤200余萬噸，向環(huán)境排放的廢物有650萬噸CO、1.7萬噸SO、4000噸NO及28噸煙灰。在煙灰中約含400噸有毒的重金屬，如砷、汞、鉛、鎘。還有0.68克鐳、4.3噸釷及2噸鈾放射性物質(zhì)隨煙灰排放到大氣中。煤電站排出的氣體中，二氧化硫及氮氧化物是造成酸雨的根源，二氧化碳則是影響全球大氣環(huán)境的溫室氣體，均屬應(yīng)限制及減少排放的對象。二氧化硫?qū)θ说慕】凳菍θ说慕】凳菢O為有害的，上述的排放量約為人群致死劑量的1/10。1952年12月倫敦發(fā)生"毒霧"事件，引起4000人死亡、10余萬人生病，究其原因是由于當(dāng)時氣象條件使燃煤煙霧及二氧化硫不能及時擴散所致。
關(guān)于放射性安全問題，人類的生活環(huán)境中本來就存在天然放射性，來自于土壤、居室、空氣及宇宙線這些放射性稱為"天然本底"。由于核電站采取了嚴格的技術(shù)與管理，對核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)、外的整個循環(huán)過程中，都采取了嚴密的與環(huán)境隔離的措施，周圍居民因為核電站而受到的放射性污染只比"天然本底"增加了百分之一，而煤電站由于煤的吞吐量大，沒有隔離防護措施，隨煙灰排放的放射性物質(zhì)對周圍居民的影響比"天然本底"高一倍，其放射性污染也比核電站大得多。
由于人們對核能的認識是始于原子彈，不少人形成了對核能的恐懼。核電站不會像原子彈那樣爆炸，因為核電站和原子彈所用的核燃料濃度不同，核電站動力堆的核燃料中，鈾－235的濃度一般只占3％～4％，而原子彈的核燃料中，鈾－235或钚－239的濃度必須在90％以上。因此核電站動力堆根本不具備原子彈那樣的爆炸條件。萬一"事故"一旦發(fā)生，由于核電站的反應(yīng)堆內(nèi)核燃料是分散放置的，鈾會因熱膨脹而散開，這樣它就不可能像原子彈那樣，"瞬間"把鈾緊密地集聚在一起而引起爆炸。原子彈爆炸的大量放射性物質(zhì)釋放出來危害人類和生物，而反應(yīng)堆中核燃料裂變后產(chǎn)生的放射性物質(zhì)則被層層包圍在三道屏障內(nèi)。第一道是密封核燃料的包殼，萬一包殼損壞還有壓力殼和安全殼兩道屏障，不會讓放射性物質(zhì)排放出去。
歷史上核電站發(fā)生事故的記載有兩次：美國三里島事故和前蘇聯(lián)（烏克蘭境內(nèi)）切爾諾貝利事故。三里島事故發(fā)生在1979年，由于二回路給水泵跳閘，引起一系列意外，致使反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑沸騰，部分燃料露出了水面，從而最終導(dǎo)致2/3堆芯溶化。盡管由于堆芯溶化向安全殼釋放出大量的放射性物質(zhì)，但是由于有了安全殼的屏障，故從安全殼向環(huán)境釋放放射物相對來說還是相當(dāng)小的。它使周圍居民受到的最大有效劑量為0.85mSv（毫希）；在80km范圍內(nèi)，平均個人劑量為0.015mSv。這些數(shù)值均低于規(guī)定值，更遠遠低于其他人造輻射和天然輻射本底值，這說明了安全殼的有效性，由于它起屏障作用，即使發(fā)生了這樣嚴重的事故，對環(huán)境和居民的影響也很小。1986年4月26日，切爾諾貝利核電站4號機組發(fā)生了人類歷史上最大的一次核事故，所造成的放射性環(huán)境污染和輻射后果及其影響范圍遠比三里島事故要嚴重得多。
切爾諾貝利事故釋放到環(huán)境中放射總量為12×10Bq，其中I為（1.3～1.8）×10Bq，占堆芯中I總量的50％～60％。惰性氣體為（6～7）×Bq，占堆芯中惰性氣體量100％。切爾諾貝利事故使"清除人員"受到的平均劑量約100mSv；從廠區(qū)周圍撤出的人員受到的劑量遠遠超過規(guī)定值，如近1萬人平均受到大于50mBv劑量，近5000人受到大于100mSv的劑量，這相當(dāng)于正常規(guī)定的10～20倍之多?？偣灿?37名職業(yè)人員被確診得了"輻射病"，其中有31名職業(yè)人員死亡；但周圍公眾卻無一人因此事故而死亡。切爾諾貝利事故的主要原因是安全設(shè)計有嚴重錯誤。例如：沒有安全殼：這種石墨反應(yīng)堆有正溫度系數(shù)，即溫度上升時，反應(yīng)性增大等等。這些不安全因素在壓水堆核電站上都不存在。其直接原因是工作人員一再違反操作規(guī)程，最后導(dǎo)致堆芯溶化和爆炸事故的發(fā)生?？偨Y(jié)這些經(jīng)驗教訓(xùn)，拋棄選擇石墨堆，認真改進安全設(shè)計，核電站的安全乃是有充分保證的。表2－3是對在反應(yīng)堆廠址周圍生活的居民各類事故引起的死亡人數(shù)的一個估計。

表2－3反應(yīng)堆廠址周圍1500萬居民中各類事故引起的死亡人數(shù)的估計值
 

為什么說核能是高效的能源？