劉興亮 | 極簡核能發(fā)展史

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但丁在《神曲·地獄篇》里寫道：

當自然獲得了自身的法則，怎樣效仿

神圣的智力和神圣的藝術(shù)；

要是你仔細閱讀《物理學》，

在開始不多的幾頁，就會看到

你們的藝術(shù)要盡可能效仿自然。

在認識論理，有一個長久的學術(shù)爭執(zhí)，那就是我們所擁有的科學知識是本來就存在而被人「發(fā)現(xiàn)」的，還是這些東西若沒有人的「創(chuàng)造」就不會存在。

在經(jīng)驗主義者看來，知識是行動中摸索出來的，在不斷地驗證中修正自身，但世間不存在絕對的因果關系，我們所秉持的一切知識都是暫時、偶然的，沒有絕對性。

在先驗者眼里，世界則有一套先于存在的內(nèi)在規(guī)律，這個規(guī)律如同絕對真理一樣指揮著物質(zhì)世界的運轉(zhuǎn)和演進，人類的認知只是這個演進系統(tǒng)中的一小部分。

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對一只兔子而言，世界不存在理性的法則，它只遵循尋找食物、繁衍后代的天性，整個生活是偶然依存于物質(zhì)世界的，眼前的一切和下一秒的存亡毫無關系。

但是人卻脫開了這種偶然性，試圖「預見」自身下一步的處境，趨利避禍，對抗物質(zhì)世界造成的生存障礙，在這一過程中，他不僅獲得了對于物質(zhì)世界可能服務于自身需求的知識，并且尋求擴大這個知識庫存，因而科學發(fā)生了。

但是科學再發(fā)生，再累積，退后三五百年，人類也絕不可能認為自己會發(fā)明一種東西，可以把自己生存的星球炸毀。這就是核能在科學史上的尷尬地位。

科學家的抽象演繹能力在愛因斯坦的腦袋里發(fā)展出了一個新的宇宙世界，它對外部世界的規(guī)定和認為，已經(jīng)完全脫離了古典經(jīng)驗主義的范疇，創(chuàng)造出一套恢弘、彎曲、眼花繚亂而又精密無比的幾何圖景。

它是如此抽象，以至于相比較真實世界不再那么重要了，物質(zhì)讓位給理念，時空讓位于范疇。按照科學家的更高演繹法，人類的意識將如同一團霧，或者一串能夠破解的密碼，隨著地球資源的枯竭而飄向太空，在另一個星球上重新寄生于物質(zhì)。

怎么講都非常駭人聽聞。這都是拜核能所賜。核能是令人畏懼的工業(yè)能力，起源于人對原子內(nèi)部奧秘的探索，最終發(fā)展成為一種強大的能源，對人類社會產(chǎn)生了深遠影響。我們簡單梳理一下它的出現(xiàn)和發(fā)展歷程。

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首先，核能是指原子的裂變和聚變過程中釋放的巨大能量，其公式為質(zhì)能方程E=mc2，其中E=能量，m=質(zhì)量，c=光速= 299 792 458 m / s。至于每秒將近30公里的光速是怎么算出來的，以后有機會再講。

從這個公式可以看出，哪怕一克的物質(zhì)都能釋放出巨大的能量。地球的重量很大，能夠被有效用來引起裂變的化學元素并不少，可開采的也相當多。何況隨著技術(shù)的發(fā)展，也許未來隨便找點什么都可能被催發(fā)裂變或聚變。這真的非?？植?。

曼哈頓計劃造出來的小男孩和胖子原子彈，在廣島和長崎摧毀了一切。如今的核彈頭比小男孩厲害到不知哪里去了，據(jù)說能炸毀地球幾十次。讓我們雙手合十，為世界和平祈禱一下吧！

核能的發(fā)展歷史是一部充滿科學突破、政治博弈和技術(shù)進步的史詩。它從理念到實踐的發(fā)展歷程大致可以分為幾個階段。

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第一階段：科學萌芽

1896年，法國物理學家亨利·貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾能發(fā)射出不可見的射線，能用于曝光照相底片。

1898年，瑪麗和皮埃爾·居里夫婦發(fā)現(xiàn)并分離出兩種放射性元素——釙和鐳。這引入了放射性作為原子結(jié)構(gòu)特性的概念，證明了原子并非不可分割，而是蘊含著巨大的能量。

1898年，英國物理學家歐內(nèi)斯特·盧瑟福被指派擔任加拿大麥吉爾大學物理系主任，在實驗中他發(fā)現(xiàn)了放射性的半衰期，并將放射性物質(zhì)命名為α和β射線。他證明了放射性是原子的自然衰變。

后來，盧瑟福于1911年提出了盧瑟福模型，這是描述原子的一種核子模型。原子的中心有一個帶正電、帶質(zhì)量的原子核，在原子核的四周是帶負電的電子云。核出現(xiàn)了，核能也就緊隨其后。

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第二階段：理論發(fā)展

1905年，現(xiàn)代史上最偉大的科學家阿爾伯特·愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能方程E=mc2。這個方程預言即使是微小的質(zhì)量虧損也能轉(zhuǎn)化為巨大的能量，為核能的開發(fā)提供了理論基礎?；蛘哒f，這個公式為了人類利用有限的空間物質(zhì)，開發(fā)毀滅性的能量巨大的原子彈打開了觀念上的大門。

1912年，丹麥科學家尼爾斯·玻爾建立了原子行為和能級的量子模型。

1932年，英國物理學家詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，為實現(xiàn)核裂變提供了關鍵的「彈丸」，因為中子不帶電荷，可以輕松進入原子核。

1933年，匈牙利物理學家利奧·西拉德構(gòu)想出了核鏈式反應的理論。

1938年，德國科學家奧托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼通過實驗用中子轟擊鈾原子，首次發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。鈾原子核分裂后，會釋放出巨大的能量和更多的中子。這意味著裂變釋放出的中子能夠引發(fā)其他鈾原子的裂變，就會形成鏈式反應，從而產(chǎn)生巨大的能量。

為此，利奧·西拉德與愛因斯坦一起，警告美國政府納粹德國可能正在研發(fā)核武器。

第三階段：原子彈的實現(xiàn)

1942年，美國啟動了曼哈頓計劃，匯集了頂尖的科學家，旨在制造原子彈。同年，恩里科·費米在芝加哥大學建造了世界上第一座核反應堆——芝加哥一號堆，成功實現(xiàn)了可控的核鏈式反應，這是核能從理論走向?qū)嵺`的關鍵一步。

1945年7月，美國在新墨西哥州成功進行了首次核試驗。一個月后，兩顆原子彈分別在日本廣島和長崎爆炸，迅速將兩座城市夷為平地，死傷幾十萬人，其結(jié)果是立即促成了日本投降和第二次世界大戰(zhàn)的結(jié)束，也向世界展示了核能恐怖的破壞力。核彈不僅造成瞬時的毀滅，放射性物質(zhì)還對環(huán)境造成永久性傷害。

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第四階段：核電利用及面臨挑戰(zhàn)

戰(zhàn)后，各國開始探索將核能用于和平目的，特別是發(fā)電。

1954年，蘇聯(lián)建成了世界上第一座核電站奧布寧斯克核電站，標志著核能和平利用的起步。

1960年代和1970年代，核電被視為一種清潔、廉價且?guī)缀跞≈槐M的能源。許多國家，包括美國、法國、日本等，都大規(guī)模興建核電站，核電裝機容量迅速增長。在這個時期，壓水堆和沸水堆等技術(shù)路線逐漸成熟并成為主流。

1979年，美國三里島核電站發(fā)生部分堆芯熔毀事故，盡管沒有造成人員傷亡，但引發(fā)了公眾對核電安全性的廣泛質(zhì)疑。

1985年，中國第一座核電站秦山核電站建成，此后規(guī)模逐步擴大。

1986年，蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生爆炸，造成嚴重的放射性泄漏，成為人類歷史上最嚴重的核事故之一。這起事故導致了全球范圍內(nèi)的反核浪潮，許多國家的核電發(fā)展因此停滯甚至倒退。

2011年，日本福島第一核電站因地震和海嘯引發(fā)堆芯熔毀，再次重創(chuàng)了公眾對核電的信任，德國等國決定逐步淘汰核能。

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第五階段：當前與未來

盡管面臨挑戰(zhàn)，但隨著氣候變化問題的日益嚴峻，核能作為一種低碳能源還是受到重視。新一代的更小型、更安全、更高效的核反應堆正成為新技術(shù)的追求對象。尤其是近幾年，核聚變的可能性日益接近實現(xiàn)，聚變被視為核能的終極形態(tài)，它意味著人類有朝一日能夠?qū)崿F(xiàn)「人造太陽」。

核能的歷史是一個充滿科學輝煌、技術(shù)力量、倫理困境和公眾質(zhì)疑的曲折故事。

從愛因斯坦的理論到曼哈頓計劃的軍事應用，再到切爾諾貝利和福島的警示，核能的發(fā)展歷程充滿了波折。然而，隨著技術(shù)的不斷進步和對清潔能源需求的增長，核能也在開啟新的篇章，旨在以更安全、更高效的方式為人類社會提供強大的動力。

只是，在這個核能實現(xiàn)廣泛服務的時代到來之前，我們還存在嗎？