核能發展如雙面刃安全把關不可少

THE MERIT TIMES

2014-09-20 10:00

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熱愛科學的年輕朋友，電影裡有這麼多人類對核能的愛恨情仇，表示它是一個重要的現代科技，所以我們要了解核能的核心概念，以提升一下自己的科學素養。這裡用二張圖片來說明核能的原理。
（右上圖一）是自然界裡各元素的原子核束縛能（binding energy）的分布；這圖要反過來看，即束縛能越高，所含能量愈低。換句話說，若能將重元素原子核分裂成兩個較輕的原子核就會釋出能量。這張圖告訴我們核能之由來與如何取得（使重元素分裂成輕元素）。
然而，自然界僅有極少數元素能被輕易分裂；如鈾235，它被能量適合的中子撞擊後會分裂成兩個較輕元素，至於會是什麼元素則為隨機；對能量取得這不是重點，但這種隨機性導致了核分裂產物極為複雜的放射性，產生令人詬病的核廢料處理問題。（右上圖二）告訴我們為何分裂後產生的原子核不穩定。
圖中顯示自然界穩定元素原子核的中子、質子有一定比率，分佈在一穩定帶（粗黑虛線）；其中，輕元素中、質子比率約1：1，隨原子序（質子數）增加，中子數會比質子數愈來愈多。
所以，當鈾235分裂，所形成的兩個較輕原子核中子數會過多，偏離了該穩定帶；不穩定的原子核會放射出能量，形成所謂核輻射。核能發電產生的核廢料蓋因分裂產物的多樣性，各具不同的放射性；有的功率大但生命期短，對人類有立即傷害，有的功率小但生命期長，對人的傷害是長期累積的。所以核廢料很難處理，必須長期保存以免傷及大眾。
若核子武器是核能邪惡的一面，另一面就是它的和平用途，如核子醫學與核能發電；後者最近在我國引起爭議，甚至導致即將完成之電廠停擺。不過在全球暖化危害人類生存發展日趨嚴重的此刻，世界各國大多持續開發核電以取代火力發電，減少碳排放；同時積極研發再生能源技術，克盡地球公民的責任。有志於科學的年輕朋友們，研發安全、乾淨的能源技術是本世紀人類智能重大的挑戰，這絕對是一個讓你衣帶漸寬終不悔的事業！

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