海洋中的核資源

2016/12/2 14:22:23

核能是人類最具希望的未來(lái)能源。目前人們開發(fā)核能的途徑有兩條：一是重元素的裂變，如鈾的裂變；二是輕元素的聚變，如氘、氚、鋰等。重元素的裂變技術(shù)，己得到實(shí)際性的應(yīng)用；而輕元素聚變技術(shù)，也正在積極研制之中。可不論是重元素鈾，還是輕元素氘、氚，在海洋中都有相當(dāng)巨大的儲(chǔ)藏量。

鈾是高能量的核燃料，1千克鈾可供利用的能量相當(dāng)于燃燒2050噸優(yōu)質(zhì)煤。然而陸地上鈾的儲(chǔ)藏量并不豐富，且分布極不均勻。只有少數(shù)國(guó)家擁有有限的鈾礦，全世界較適于開采的只有100萬(wàn)噸，加上低品位鈾礦及其副產(chǎn)鈾化物，總量也不超過(guò)500萬(wàn)噸，按目前的消耗量，只夠開采幾十年。而在巨大的海水水體中，卻含有豐富的鈾礦資源。據(jù)估計(jì)，海水中溶解的鈾的數(shù)量可達(dá)45億噸，相當(dāng)于陸地總儲(chǔ)量的幾千倍。如果能將海水中的鈾全部提取出來(lái)，所含的裂變能可保證人類幾萬(wàn)年的能源需要。不過(guò)，海水中含鈾的濃度很低，1000噸海水只含有3克鈾。只有先把鈾從海水中提取出來(lái)，才能應(yīng)用。而要從海水中提取鈾，從技術(shù)上講是件十分困難的事情，需要處理大量海水，技術(shù)工藝十分復(fù)雜。但是，人們已經(jīng)試驗(yàn)了很多種海水提鈾的辦法，如吸附法、共沉法、氣泡分離法以及藻類生物濃縮法等。

60年代起，日本、英國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)等先后著手研究從海水中提取鈾，并且逐漸建立了從海水中提取鈾的多種方法。其中，以水合氧化鈦吸附劑為基礎(chǔ)的無(wú)機(jī)吸附方法的研究進(jìn)展最快。目前，評(píng)估海水提鈾可行性的依據(jù)之一是一種采用高分子粘合劑和水合氧化鉆制成的復(fù)合型鈦吸附劑。現(xiàn)在海水提鈾已從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向開發(fā)應(yīng)用研究的階段。日本已建成年產(chǎn)10千克鈾的中試工廠，一些沿海國(guó)家也計(jì)劃建造百噸級(jí)甚至千噸級(jí)工業(yè)規(guī)模的海水提鈾廠。　

氘和氚都是氫的同位素。它們的原子核可以在一定的條件下，互相碰撞聚合成較重的原子核 --氦核，同時(shí)釋放巨大的核能。一個(gè)碳原子完全燃燒生成二氧化碳時(shí)，只放出4電子伏特的能量，而氘-氚反應(yīng)時(shí)能放出1780萬(wàn)電子伏特的能量。據(jù)計(jì)算，1 公斤氫/燃料，至少可以抵得上4公斤鈾燃料或l萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤燃料。

每升海水中含有 0.03克氘。這0.03克氘聚變時(shí)釋放出采的能量相當(dāng)于300升汽油燃燒的能量。海水的總體積為13．7億立方公里，共含有幾億億公斤的氘。這些氘的聚變所釋放出的能量，足以保證人類上百億年的能源消耗。而且氘的提取方法簡(jiǎn)便，成本較低，核聚變堆的運(yùn)行也是十分安全的。因此，以海水中的氘、氚的核聚變能解決人類未來(lái)的能源需要''將展示出最好的前景。

氘 -氚的核聚變反應(yīng)，需要在上千萬(wàn)度乃至上億度的高溫條件下進(jìn)行。這樣的反應(yīng)，已經(jīng)在氫彈上得以實(shí)現(xiàn)。用于生產(chǎn)目的的受控?zé)岷司圩冊(cè)诩夹g(shù)上還有許多難題。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些難題正在逐步解決的。

1991年11月9日，由l 4個(gè)歐洲國(guó)家合資，在歐洲聯(lián)合環(huán)型核裂變裝置上，成功地進(jìn)行了首次氘-氚受控核聚變?cè)囼?yàn)，發(fā)出了1．8兆瓦電力的聚變能量，持續(xù)時(shí)間為2秒，溫度高達(dá)3億度，比太陽(yáng)內(nèi)部的溫度還高20倍。核聚變比核裂變產(chǎn)生的能量效應(yīng)要高600倍，比煤高1000萬(wàn)倍。因此，科學(xué)家們認(rèn)為，氘-氚受控核聚變的試驗(yàn)成功，是人類開發(fā)新能源的一個(gè)里程碑。在下個(gè)世紀(jì)，核聚變技術(shù)和海洋氘、氚提取技術(shù)將會(huì)有重大突破。這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和不斷的成熟，將對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生重大的影響。

另外，“能源金屬”鋰是用于制造氫彈的重要原料。海洋中每升海水含鋰15～20毫克，海水中鋰總儲(chǔ)量約為2．5×10 11 噸。隨著受控核聚變技術(shù)的發(fā)展，同位素鋰6聚變釋放的巨大能量最終將和平服務(wù)于人類。鋰還是理想的電池原料，含鋰的鋁鎳合金在航天工業(yè)中占有重要位置。此外，鋰在化工、玻璃、電子、陶瓷等領(lǐng)域的應(yīng)用也有較大發(fā)展。因此，全世界對(duì)鋰的需求量正以每年7%～11%速度增加。目前，主要是采用蒸發(fā)結(jié)晶法、沉淀法、溶劑萃取法及離子交換法從鹵水中提取鋰。

重水也是原子能反應(yīng)堆的減速劑和傳熱介質(zhì)，也是制造氫彈的原料，海水中含有 2×10 14 噸重水，如果人類一直致力的受控?zé)岷司圩兊难芯康靡越鉀Q，從海水中大規(guī)模提取重水一旦實(shí)現(xiàn)，海洋就能為人類提供取之不盡、用之不竭的能源。