1
00:00:00,000 --> 00:00:07,000
翻译人员: Hongji Zhang
校对人员: Yolanda Zhang

2
00:00:07,028 --> 00:00:11,429
二战期间，在芝加哥
一个十二月的下午，

3
00:00:11,429 --> 00:00:15,980
科学家们破开了铀原子中心的原子核，

4
00:00:15,980 --> 00:00:21,409
并反复地将核物质转化为能量。

5
00:00:21,999 --> 00:00:24,250
他们第一次在一个新的工程奇迹里

6
00:00:24,250 --> 00:00:28,162
创造出了一个连锁反应：

7
00:00:28,162 --> 00:00:30,380
核反应堆。

8
00:00:31,460 --> 00:00:36,000
从那时起，从铀原子核中
开采大量能量的能力

9
00:00:36,000 --> 00:00:38,449
使核电被一些人列为

10
00:00:38,449 --> 00:00:42,678
一种理想，丰富的电力来源。

11
00:00:43,848 --> 00:00:48,550
一个现代核反应堆可以从
一公斤的燃料里产生足够的电力，

12
00:00:48,550 --> 00:00:53,651
供给一个美国普通家庭近34年。

13
00:00:53,651 --> 00:00:56,720
但与主宰全球电力市场相反的是，

14
00:00:56,720 --> 00:01:02,620
核电从1996年18%的历史最高点

15
00:01:02,620 --> 00:01:05,430
下降到现在的11％。

16
00:01:05,430 --> 00:01:09,051
而且预计在未来的
几十年里它将进一步下滑。

17
00:01:09,051 --> 00:01:11,931
这项技术的巨大前景去哪儿了？

18
00:01:12,451 --> 00:01:15,552
事实证明，核电还面临着很多问题，

19
00:01:15,552 --> 00:01:17,511
包括昂贵的建设成本

20
00:01:17,511 --> 00:01:19,550
和公众的反对。

21
00:01:19,550 --> 00:01:24,893
而且这些问题背后还有
一系列独特的工程挑战。

22
00:01:25,233 --> 00:01:28,671
核能依赖于铀的核裂变

23
00:01:28,671 --> 00:01:30,853
和一个可控的

24
00:01:30,853 --> 00:01:34,971
复制性核裂变的链式反应。

25
00:01:34,971 --> 00:01:39,172
原子核密集地包裹着由强大核力

26
00:01:39,172 --> 00:01:41,953
所束缚的质子和中子。

27
00:01:42,503 --> 00:01:47,692
大多数铀原子总共有
238个质子和中子，

28
00:01:47,692 --> 00:01:52,033
但是每140个原子中大约
有一个缺少三个中子，

29
00:01:52,033 --> 00:01:55,671
而且这种较轻的同位素结构并不紧密。

30
00:01:56,211 --> 00:01:58,613
与它的近亲相比，

31
00:01:58,613 --> 00:02:03,183
中子的撞击很容易
将铀 - 235的原子核

32
00:02:03,183 --> 00:02:07,463
分成更轻的，叫做
裂变产物的放射性元素，

33
00:02:07,463 --> 00:02:09,282
两到三个中子，

34
00:02:09,282 --> 00:02:10,383
伽马射线，

35
00:02:10,383 --> 00:02:12,413
和一些中微子。

36
00:02:12,413 --> 00:02:16,532
在裂变过程中，一些核物质被转化为能量。

37
00:02:16,532 --> 00:02:20,805
新发现的能量中的一小部分
为速移的中子提供了能量，

38
00:02:20,805 --> 00:02:23,223
如果它们中的一些撞到了铀原子核，

39
00:02:23,223 --> 00:02:27,713
那么裂变将产生第二代更多的中子。

40
00:02:27,713 --> 00:02:31,643
如果这第二代中子撞到更多的铀原子核，

41
00:02:31,643 --> 00:02:36,513
更多的裂变会导致
更庞大的第三代，以此类推。

42
00:02:36,813 --> 00:02:38,644
但在核反应堆里，

43
00:02:38,644 --> 00:02:43,545
这种螺旋链式反应使用元素控制棒来

44
00:02:43,545 --> 00:02:48,464
捕捉多余的中子，并控制它们的数量。

45
00:02:48,904 --> 00:02:50,834
采用可控链式反应，

46
00:02:50,834 --> 00:02:55,344
反应器可稳定供电数年。

47
00:02:55,604 --> 00:03:00,243
以中子领导的链式反应
是驱动核电的重要过程，

48
00:03:00,243 --> 00:03:02,115
但有一个隐情会导致

49
00:03:02,115 --> 00:03:05,207
一些其燃料生产的独特要求。

50
00:03:05,207 --> 00:03:09,987
事实证明，裂变产生的
大部分中子有太多的动能，

51
00:03:09,987 --> 00:03:12,716
无法被铀核捕捉到。

52
00:03:12,716 --> 00:03:16,887
这导致裂变率太低，
链式反应会逐渐消失。

53
00:03:17,027 --> 00:03:21,807
芝加哥的第一个核反应堆
用石墨作为慢化剂

54
00:03:21,807 --> 00:03:24,884
来分散，减缓中子直到它们被铀捕抓到，

55
00:03:24,884 --> 00:03:29,324
从而提高裂变的速度。

56
00:03:29,824 --> 00:03:33,928
现代反应堆通常使用纯化水作为慢化剂，

57
00:03:33,928 --> 00:03:38,254
但散射的中子还是很快。

58
00:03:38,254 --> 00:03:40,586
为了维持链式反应，

59
00:03:40,586 --> 00:03:44,087
铀-235浓度会被浓缩到

60
00:03:44,087 --> 00:03:47,726
天然浓度的4至7倍。

61
00:03:47,726 --> 00:03:52,078
现今，浓缩通常是由气态铀化合物

62
00:03:52,078 --> 00:03:53,767
通过离心机

63
00:03:53,767 --> 00:03:58,847
从较重的 铀-238 分出
较轻的 铀-235来实现。

64
00:03:58,847 --> 00:04:03,157
但同样的步骤也可以
继续来使铀-235高量浓缩

65
00:04:03,157 --> 00:04:06,937
致它的天然丰度的130倍，

66
00:04:06,937 --> 00:04:11,507
并在炸弹中创造出爆破连锁反应。

67
00:04:11,507 --> 00:04:15,228
像这种离心处理的步骤必须小心处理

68
00:04:15,228 --> 00:04:19,486
来限制核燃料的扩散。

69
00:04:19,486 --> 00:04:22,287
记住，只有一丁点的核裂变能

70
00:04:22,287 --> 00:04:24,608
是从加速中子运动中得来的。

71
00:04:24,608 --> 00:04:29,697
大部分核能是核裂变产生的动能

72
00:04:29,697 --> 00:04:33,829
这些能量获取于在反应堆内部加温冷却剂，

73
00:04:33,829 --> 00:04:35,604
通常是纯净水。

74
00:04:36,404 --> 00:04:41,528
这些热量最终会被用来在反应堆外部

75
00:04:41,528 --> 00:04:43,608
蒸汽驱动汽轮机。

76
00:04:43,608 --> 00:04:46,680
水的流动不仅对制造电流十分关键，

77
00:04:46,680 --> 00:04:50,560
它还被用来防备最可怕的反应堆事故，

78
00:04:50,560 --> 00:04:51,388
溶解。

79
00:04:52,158 --> 00:04:55,669
如果承载水流的管道破裂，

80
00:04:55,669 --> 00:04:57,680
或者水泵失灵，

81
00:04:57,680 --> 00:05:01,377
铀就会迅速升温并溶解。

82
00:05:01,377 --> 00:05:02,809
在核溶解过程中，

83
00:05:02,809 --> 00:05:05,749
放射性蒸汽会浸入反应堆，

84
00:05:05,749 --> 00:05:07,758
如果反应堆无法承受它们，

85
00:05:07,758 --> 00:05:13,058
那么坚固的钢铁容器将成为最后的防线。

86
00:05:13,058 --> 00:05:16,109
但如果放射性气压太高，

87
00:05:16,109 --> 00:05:19,780
容器无法阻拦它，
那么放射性气体就会渗入空气，

88
00:05:19,780 --> 00:05:23,079
然后被风广泛散播。

89
00:05:23,729 --> 00:05:26,289
这些蒸汽中的放射性裂变物质

90
00:05:26,289 --> 00:05:29,662
会最终衰退成稳定元素。

91
00:05:29,662 --> 00:05:31,960
有的物质会在几秒钟内定型，

92
00:05:31,960 --> 00:05:35,350
但有的则需要上百上千年的时间。

93
00:05:35,350 --> 00:05:37,228
对于一个核反应堆的最大挑战就是

94
00:05:37,228 --> 00:05:39,629
安全的存储这些放射性元素

95
00:05:39,629 --> 00:05:43,100
并使它们不能伤害到人类与自然。

96
00:05:43,700 --> 00:05:47,430
核燃料的耗尽不代表
放射性元素储存不再是个问题。

97
00:05:47,430 --> 00:05:50,811
实际上，存储变成了一个更严重的问题。

98
00:05:50,811 --> 00:05:52,351
每过一两年，

99
00:05:52,351 --> 00:05:55,710
一些用完的燃料就会被从反应堆中提走，

100
00:05:55,710 --> 00:05:59,121
然后储存在废水池中来冷却这些残渣

101
00:05:59,121 --> 00:06:01,859
和隔绝辐射。

102
00:06:02,309 --> 00:06:06,010
辐射性燃料是由裂变失败的铀，

103
00:06:06,010 --> 00:06:07,550
裂变过的铀，

104
00:06:07,550 --> 00:06:12,290
和一种自然中不存在的
放射性钚混合而成的。

105
00:06:12,670 --> 00:06:15,523
这种混合物必须在它变得安全稳定化之前

106
00:06:15,523 --> 00:06:17,921
从自然环境中隔离出来。

107
00:06:17,921 --> 00:06:23,402
许多国家都计划在深层地下管道中
长期储存这些混合物，

108
00:06:23,402 --> 00:06:25,072
但都没有付诸实施，

109
00:06:25,072 --> 00:06:28,912
并且这些项目的长期安全性
还存在着不确定性要素。

110
00:06:28,912 --> 00:06:32,200
一个只存在了几百年的国家

111
00:06:32,200 --> 00:06:36,112
又怎么能计划去安存
半衰期为24000年的

112
00:06:36,112 --> 00:06:38,602
钚元素呢？

113
00:06:38,602 --> 00:06:42,324
今天，核能设施都建设在核废料上面，

114
00:06:42,324 --> 00:06:46,023
而这些废料并没有得到合理储存。

115
00:06:46,023 --> 00:06:50,601
不单是核辐射，
用过的核燃料可能更加危险。

116
00:06:50,601 --> 00:06:53,023
钚可以经受连锁核反应

117
00:06:53,023 --> 00:06:56,915
并可以从残渣中被挖掘出来制造新的炸弹。

118
00:06:56,915 --> 00:07:00,932
核废料的储存不仅对环境有着安全威胁，

119
00:07:00,932 --> 00:07:04,086
对于一个国家来说，它也有着安全隐患。

120
00:07:14,996 --> 00:07:17,928
那谁又该是这些燃料的监管者呢？

121
00:07:18,408 --> 00:07:21,883
科学家先驱在核年代伊始

122
00:07:21,883 --> 00:07:26,044
率先开发出了可靠的能将大量能量

123
00:07:26,044 --> 00:07:27,903
从原子中提取

124
00:07:27,903 --> 00:07:29,913
并制成炸弹，

125
00:07:29,913 --> 00:07:34,132
和拥有无限潜力的可控能源的方法。

126
00:07:34,132 --> 00:07:37,053
但后继者们却只惭愧的学习到了

127
00:07:37,053 --> 00:07:41,674
受工业限制的非理想科技。

128
00:07:41,674 --> 00:07:48,237
次原子领域的开采成为了复杂，
昂贵，和有风险的工程。