核動力的若干

題圖：GE公司研究的用於X-39的、擬用于飛行器的HTRE-3反應堆，來自維基百科。

自1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，作為推論，又提出質能方程E=mc2。於是，20世紀初，人類發現了核能這一能量密度遠高於電磁能的能源。之後，如何駕馭這一能源便成為了人類孜孜不倦的追求：

• 1938年莉澤·邁特納、奧托·哈恩及奧托·羅伯特·弗里施等科學家在實驗室觀察到核裂變。

• 1942年費米在芝加哥大學設計建造了CP-1反應堆。同一年，曼哈頓工程啟動。

• 1945年，核武器誕生，並在二戰中實用。

• 1954年，蘇聯建成了5兆瓦的世界上第一座純民用的奧布寧斯克核電站。

• 幾乎是同時，1954年首個核潛艇鸚鵡螺號下水，第二年開始了試運行。

• 1957年，美國基於鸚鵡螺號發展的壓水堆核電站希平港核電站首次臨界；同一年，國際原子能機構（IAEA）誕生。

• 60年代，隨著各類試驗的，運行的反應堆的增多，核工業屆開展了大量的材料，傳熱，流體等基礎性的研究工作。

• 之後在70年代的石油危機中，大量的商用壓水堆核電站湧現，核電進入到第一個黃金年代。

• 90年代以後，隨切爾諾貝利事故而來的核電低谷，民用核動力的發展在市場、技術等方方面面都經歷了不少波折，進入到了爭論不休的階段。

• 21世紀初，隨著新興經濟體的崛起，國際能源需求再次高漲，核工業屆提出了復興計劃；但最後在2011年發生了福島事件，加之隨著金融危機而來的能源需求放緩，核能的發展在21世紀依舊處於不停的爭論之中。

本文以及未來的若干文，並不打算牽扯進核能的爭議之中。上帝的歸上帝，凱撒的歸凱撒，作為核電民工，只希望將核動力技術本身講清楚；本專欄既不想也沒有能力去談論核能在經濟、環保、安全、碳排放、氣候變化等方面的話題。實際上，單單要做到把核動力技術本身講清楚已然很難。近些年來，我們看到即便是核技術第一強國美國，也發生了不少技術鬧劇。究其原因，私以為有兩點：一是核動力技術高度綜合，涉及中子學、流體、力學、傳熱、機械、材料等方方面面，高度耦合在一起，像美國核潛艇之父海軍上將海曼·里科弗（Hyman G. Rickover）這樣能夠全局掌控的人才太少；二是經歷了90年代以來的行業蕭條之後，核能行業的人才斷層嚴重，後繼乏力，年輕一代的教育背景往往很專，僅對某一細分領域熟悉，而缺乏多學科統籌考慮的基本功。

說到多學科綜合，本專欄接下來一段時間打算來個Nuclear Power from Scratch，從零開始，從核能的產生（尤其是裂變能，可控聚變尚處在永遠還要50年的狀態，本專欄不打算花太多筆墨）出發，核能到熱能的轉化，當中主要物理現象和工程問題，到這六十幾年來人類已經研究、應用過的各類型反應堆的介紹，力求將各類堆型的設計理念、思路、主要特點與最基礎的物理現象聯繫起來，從而展現出一個更為清晰的脈絡。為此，初步擬了一個提綱，希望能夠按照這個提綱堅持寫完：

• 傲嬌的小宇宙之一：核裂變基本物理現象

• 傲嬌的小宇宙之二：中子你慢慢飛

• 鍋爐工的怨念之一：繞不開的熱能轉化

• 鍋爐工的怨念之二：陰魂不散的衰變熱

• 鍋爐工的怨念之三：給我來個白手套

• 臣妾做不到系列之一：道不盡的材料

• 臣妾做不到系列之二：華麗變身

• 臣妾做不到系列之三：射線亂入

• 臣妾做不到系列之四：這裡好熱

• 臣妾做不到系列之五：力拔山兮

• 臣妾做不到系列之六：不想泡澡

• 案例分析之零：雜七雜八的堆型分類

• 案例分析1：水堆概貌

• 案例分析2：主力堆型壓水堆

• 案例分析3：萬年老二沸水堆

• 案例分析4：獨具特色重水堆

• 案例分析5：多快好省的切爾諾貝利

• 案例分析6：一根筋走到黑的超臨界水堆

• 案例分析7：金屬冷卻快堆

• 案例分析8：氣冷堆

• 案例分析9：融鹽堆

• 案例分析10：星辰大海的那些堆

不難看出，受限於本民工的知識結構和背景，這個撰寫計劃中的機械、材料相關的內容偏多，熱工、流體的偏少，僅有的幾篇關於熱工和流體的，本民工力求不犯錯誤，也歡迎指正。