制作：寒木釣萌
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
第一個(gè)是每個(gè)人有一臺(tái)電腦，都用上windows系統(tǒng)。這個(gè)他基本上實(shí)現(xiàn)了。
第二個(gè)是消滅艾滋病、結(jié)核病和瘧疾，每個(gè)人有平等的醫(yī)療機(jī)會(huì)。而這個(gè)理想，他和他的團(tuán)隊(duì)正在做，捐錢無(wú)數(shù)。
那第三個(gè)理想是什么呢？
比爾蓋茨，世界首富，身價(jià)876億（2015年），他資助了全球最大的慈善基金會(huì)，
而該基金會(huì)截止2012年9月30日時(shí)擁有資金約362億美元。
讓窮人都能夠用上清潔經(jīng)濟(jì)的電
是的，這就是比爾蓋茨的第三個(gè)理想：讓窮人能夠用上清潔經(jīng)濟(jì)的電！
怎么實(shí)現(xiàn)？
技術(shù)！
什么技術(shù)？
核技術(shù)！
我們的孩子不會(huì)因?yàn)榧依镉貌黄痣姸艿浇稚辖柚窡艨磿?shū)，但是，在世界上的某些國(guó)家和地區(qū)，這樣的情景并不難見(jiàn)到，如上圖。
很多人反對(duì)核電，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。然而，另一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是，越來(lái)越多的人正在因?yàn)橐惶斓撵F霾而影響了一天的心情。
很多人津津樂(lè)道于德國(guó)放棄核電，卻不知德國(guó)每天都在用著來(lái)自法國(guó)的核電。
更有不少人說(shuō)，我國(guó)鈾資源少，發(fā)展核電不是根本之道。
真是這樣嗎？只占天然鈾中0.72%的鈾235提供了那么大的電力，它們比金子還要寶貴，現(xiàn)在，就讓我們一起來(lái)看看，如何點(diǎn)石成金——利用其余那99%的鈾。
中子是關(guān)鍵
中子離我們其實(shí)很近很近，人體中很大一部分質(zhì)量都是由中子提供的。在核電站中，中子又是必不可少的一環(huán)，它們就像一顆顆小子彈，不斷地去擊中鈾235。
子彈的速度有快有慢，同樣，中子的速度也如此，在反應(yīng)堆中，鈾235釋放的中子叫做快中子，它們的速度大約是1.4萬(wàn)千米/秒，接近于光速的5％。
雖然快中子是鈾235裂變放出來(lái)的，但鈾235其實(shí)并不怎么喜歡自己鼓搗出來(lái)的東西，原因是快中子的速度太快了，中子在堆內(nèi)停留時(shí)間太短。
這麻煩了，你要是不喜歡你自產(chǎn)的快中子，怎么讓你們維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)呢親？
鈾235不管這些，它還是喜歡慢中子，也叫熱中子，即速度為2.2千米/秒的中子。
還能怎樣？為了清潔的核電，只能去滿足它了，所以得把中子的速度降下來(lái)，怎么降？
重水！
這又是個(gè)什么東西？
我們都知道氫有三種同位素，分別是氕氘氚，水分子H2O中的那個(gè)“氫”如果是氕，那么這樣的水就是你天天喝的白開(kāi)水，學(xué)術(shù)上咱們叫它“輕水”。
如果水分子H2O中的那兩個(gè)“氫”，一個(gè)是氕一個(gè)是氘，那么這樣的水就叫“半重水”。
如果兩個(gè)都是氘，那這樣的水就叫“重水”。同理，如果兩個(gè)都是氚，那就叫超重水。
把重水凍成冰，它會(huì)沉入水中，而右邊的普通冰是浮在水上的
重水對(duì)快中子有非常好的慢化效果，所以，如果使用重水當(dāng)核電站的慢化劑和冷卻劑，那是最好不過(guò)了，而這樣的反應(yīng)堆，就叫做“重水堆”。
但是重水很難提煉因此很貴，加上其他原因，所以只能退而求其次，使用咱們平時(shí)喝的白開(kāi)水（當(dāng)然這是要多次提純的），使用普通水的反應(yīng)堆叫做“輕水堆”。而咱們前面說(shuō)的壓水堆，它其實(shí)只是輕水堆的一種而已。
鈾235不怎么喜歡快中子，但是對(duì)于鈾238來(lái)說(shuō)卻是一個(gè)寶，它吸收一個(gè)快中子后會(huì)變成什么呢？
當(dāng)然是鈾239了！
鈾239是不穩(wěn)定的，經(jīng)過(guò)幾天時(shí)間，因自身衰變后，會(huì)變成钚239，而钚239跟鈾235一樣，很容易發(fā)生裂變，且放出的能量比鈾235還要大那么一點(diǎn)兒。
鈾238“吃”進(jìn)一個(gè)快中子后，變成鈾239，再經(jīng)過(guò)幾次衰變最終變成钚239
瞧，原來(lái)這里的關(guān)鍵是快中子！
可是鈾235不喜歡快中子呀！
怎么辦？
其實(shí)，快中子之所以不能讓鈾235維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這不是因?yàn)殁?35絕對(duì)不吸收快中子，而是吸收的概率比較小而已。
概率比較小，那就增加概率嘛！
對(duì)頭，在核燃料中增加鈾235的濃度，如此，快中子與它反應(yīng)的概率，也就是反應(yīng)截面就增加了。
現(xiàn)在，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以維持了。
快中子也有了。
每一個(gè)鈾235（或者钚239）裂變會(huì)產(chǎn)生2到3個(gè)快中子，這些中子呢，有的去維持下一步的裂變反應(yīng)，剩下的中子被鈾238吸收，于是，反應(yīng)堆中，每消耗一個(gè)鈾235（或者钚239），就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)以上的钚239，瞧，核燃料不是越燒越少，而是越燒越多，它居然還能增殖！
于是，這樣的反應(yīng)堆就叫做“增殖反應(yīng)堆”，又因?yàn)槎褍?nèi)主要是快中子，所以又叫“快中子增殖反應(yīng)堆，”簡(jiǎn)稱快堆。而前面咱們介紹的壓水堆，它可以歸類到“熱堆”里面，因?yàn)樗褂玫氖菬嶂凶印?br>快堆的優(yōu)勢(shì)
現(xiàn)在的核電站對(duì)鈾資源的利用率不足1%，而如果快堆技術(shù)成熟后，那么對(duì)鈾資源的利用率將達(dá)到70%左右，又因?yàn)槔寐侍岣吡?，那么，之前根本不具備開(kāi)采價(jià)值的貧鈾礦，甚至是海洋中的鈾資源也變得值得開(kāi)采了，如此，世界上可開(kāi)采的鈾資源將提高千倍。而我國(guó)鈾資源少的問(wèn)題也將迎刃而解。
我國(guó)的快堆
我國(guó)的“華龍一號(hào)”屬于先進(jìn)的第三代反應(yīng)堆，而“快堆”技術(shù)則屬于各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的第四代反應(yīng)堆。距離天安門(mén)直線距離不到40千米的房山有一座實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的快堆——中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆，2011年7月21日成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)電功率20兆瓦。
瞧，這也從另一個(gè)角度反駁了一些人的觀點(diǎn)：核電那么安全，怎么不建在北京去？
只要各方面條件合適，比如占地少等等，這不就建了嗎？
圖為中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆外景
中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆采用金屬鈉作為冷卻劑，它屬于鈉冷快堆；同理，使用氦氣作為冷卻劑的叫做氣冷快堆。
行波堆
比爾蓋茨為了實(shí)現(xiàn)其理想，籌資建立了一個(gè)能源公司，發(fā)展一種叫做“行波堆”的反應(yīng)堆技術(shù)。雖然很多細(xì)節(jié)上跟目前世界上主流的快中子增殖反應(yīng)堆有所不同，但其出發(fā)點(diǎn)還是實(shí)現(xiàn)對(duì)核燃料鈾238的充分利用。
上圖為行波堆示意圖，黃色的為正在反應(yīng)的核燃料，綠色的為待增殖的核燃料，運(yùn)行時(shí)，一邊消耗核燃料一邊又生產(chǎn)核燃料，核燃料利用率很高，燃燒和增殖就像一個(gè)波一樣，從反應(yīng)堆的一端慢慢移動(dòng)到另外一端，所以叫做行波堆。裂變區(qū)的移動(dòng)速度很慢，數(shù)十年不用換燃料。
無(wú)疑，不管是比爾蓋茨看好的這種難度很大的“行波堆”技術(shù)，還是目前世界主流的快堆技術(shù)，任何一個(gè)在未來(lái)獲得成功都是全人類的福音。
雖然快堆技術(shù)令人向往，但還是有人不這么看，他們的觀點(diǎn)是：我家住在四季如春的地方，夏天不用開(kāi)空調(diào)，連風(fēng)扇也不用，冬天不用電取暖，我們并不需要那么多電。
好吧，我們暫時(shí)認(rèn)為這樣的人間美地是存在的，但是，你總得消費(fèi)，而你消費(fèi)的每一樣?xùn)|西都會(huì)有電力的成本在里面，你買到的任何商品都直接或間接地包含了電價(jià)，電力供應(yīng)不足，電就會(huì)漲價(jià)，商品的成本也會(huì)跟著漲。反之，若電力能極其廉價(jià)地生產(chǎn)出來(lái)，那么絕大部分商品的價(jià)格也會(huì)跟著降。
雖然我們對(duì)運(yùn)營(yíng)商有這樣那樣的埋怨，但一個(gè)事實(shí)卻無(wú)法否認(rèn)：十幾年前，誰(shuí)要是聽(tīng)說(shuō)誰(shuí)家安裝了兩兆的寬帶，都會(huì)一臉羨慕的表情，而現(xiàn)在，普通家庭的寬帶可以到20兆，50兆帶寬也在逐年增多，但是價(jià)錢，卻還沒(méi)有以前的兩兆寬帶貴，這是技術(shù)帶來(lái)的。
能源消費(fèi)只有兩種趨勢(shì)，要么越來(lái)越貴，要么越來(lái)越便宜。而現(xiàn)在的趨勢(shì)是越來(lái)越貴，放心，它一點(diǎn)兒也影響不了那些有錢人，但我們普通大眾就不同了。
算啦不說(shuō)了，這濕冷的冬天，因?yàn)樯岵坏瞄_(kāi)取暖器，身上有點(diǎn)小冷，我得出去抖一抖，請(qǐng)關(guān)注“科普中國(guó)”，咱們下期見(jiàn)。