[兰州大学报]走近核科学技术 铸剑强国核以道和

日期: 2020-05-22 阅读: 来源: 关键词:

原创.首发

【编者按】2020年4月15日,在我国第五个全民国家安全教育日,兰州大学核科学与技术学院院长吴王锁教授应邀做客新华网《名校公开课》直播栏目,带你了解核科学技术的“前世今生”,解读兰州大学核专业人才培养模式。现将讲课要点整理成篇,以飨读者。

什么是核?谈到核,你首先会想到什么?其实说来也简单,核指的就是原子核。原子由原子核和核外电子组成,原子核又由质子和中子组成,质子又可以分成夸克等等。原子结构是核科学技术诞生的概念,在此之前,人类认为原子是组成物质的最小单位,原子是不可再分的。但原子结构、特别是原子核概念的提出,从某种意义上改变了人类对世界的认知。

什么是核能?当质子和中子重新排列组合形成新原子核的时候,就会发生变化。比如,新核相比于旧核发生了质量亏损,亏损的质量到哪里去了呢?爱因斯坦用相对论告诉我们,它转化成了能量,而且给出了质量和能量之间定量转化公式,这就是著名的质能转换方程:E=mC2。由这个公式可以看出,即便只有微小的质量亏损,乘以光速的平方,也会释放出巨大的能量,这个能量就是原子核的结合能,简称核能。如果核能不加控制地在瞬间集中释放,这是核武器的原理,如果让核能在人为控制下缓慢的释放,这些能量就可以被有效地利用到国计民生,这就是核能的和平利用,核能和平利用的典范是核电。

2020年4月15日是第五个全民国家安全教育日。谈到国家安全,就不得不说维护国家安全的国之大器———核武器,并由此联想到核与辐射安全。那么,什么是核辐射?什么是核安全?核安全和总体国家安全观有什么样的关系?带上这些问题,我们一起走近核科学技术,去揭开它的神秘面纱,去了解它的来龙去脉,去探索它的神奇奥秘,去感受它在国计民生中的重要作用。

一、核科学技术的来龙去脉

任何一门科学技术都有其诞生、发展的过程,我们称之为历史沿革,俗称来龙去脉。核科学技术的来龙去脉,可以概括为四句话:过去———成就辉煌;曾经———骄傲迷茫;现在———蒸蒸日上;将来———前途无量。

过去,成就辉煌。辉煌在哪里呢?核科学技术作为一门古老而又年轻的学科,可以追朔到1895年伦琴发现X射线,并利用X射线为他的夫人拍下了人类历史上第一张X光片。这轰动一时的重大科学事件,对后来很多科学家(如贝克勒尔、居里夫妇、爱因斯坦、卢瑟福和小居里夫妇等)以及核医学的发展都产生了深远的影响。从1895年伦琴发现X射线到1938年奥托·哈恩发现铀核裂变现象,这四十多年间一系列的重大发现,奠定了现代科学技术的理论基础。

从1942年费米在美国芝加哥大学建造世界上第一座核反应堆到美国开启“曼哈顿计划”造出核武器;从1945年原子弹成功应用于第二次世界大战,到二战后核能的和平利用,核科学技术先后在军事与民用领域取得了巨大成功,开辟了核工程技术应用的辉煌篇章,对整个人类社会的进步与发展产生了深远影响。从伦琴获得首届诺贝尔物理学奖至今,1/3的诺贝尔物理学奖和诺贝尔化学奖获得者都与从事放射性、辐射(粒子)相关。此外,新元素的不断发现,将元素周期表在原有的基础上拓展了1/3以上。92号元素铀是自然界存在的原子序数最大的元素,铀之后的元素(93-118号)以及43号元素锝(Tc)和61号元素钷(Pm)都是人工合成的。

曾经,骄傲迷茫。从我们国家的层面上讲,骄傲的是从事“两弹一星”工程的老一辈科学家,“两弹一星”的卓越成就,奠定了新中国的大国地位。而迷茫的则是像我这个年龄段,上世纪八十年代初参加工作的人,受1986年切尔诺贝利核事故的影响,整个核行业受到了沉重打击,走了一段迷茫的弯路。凡是过往,皆为序章。“士不可以不弘毅,任重而道远”。不管条件如何变化,自力更生、艰苦奋斗的志气不能丢,老一辈形成的“两弹一星”精神,当代青年必须传承,希望新时代的青年要用硬核的专业本领回应时代的挑战,努力让自己的青春在民族复兴的伟大梦想中尽情绽放。

现在,蒸蒸日上。核科技知识已广泛渗透到许多领域,特别是核能的迅速发展,带动了 整个核科技行业的发展。截止2020年1月,全球共有453台核电机组在役,其中我国在役核电运行机组47台,居世界第三;在建核电机组15台,居世界第一。

将来,前途无量。仍以核电发展为例,全球目前核电发电量占总发电量的11%,而我国大陆地区核电发电量仅占总发电量的4%,远低于世界平均水平,要实现2035年占总发电量10%和2050年核能与新能源占总发电量30%的宏伟目标,中国核电仍有很大的提升空间与广阔的发展前景。

2015年1月15日,在我国核工业创建六十周年之际,习近平总书记作出重要指示,强调“核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石。要坚持安全发展、创新发展,坚持和平利用核能,全面提升核工业的核心竞争力,续写我国核工业新的辉煌篇章”。因此,核科学技术符合国家需求,将来一定会前途无量!

二、核科学技术的重要作用

国泰民安是人民群众最基本、最普遍的愿望。作为二十世纪人类最伟大的科技成就之一,核科学技术在国家安全、创新前沿、百姓平安、清洁能源、绿水青山乃至整个国民经济建设中发挥着重要的作用。

国家安全是安邦定国的重要基石,核武器是国之大器,是和平之盾。越是前景光明,越要增强忧患意识,做到居安思危。2014年4月15日,习近平总书记在中央国家安全委员会上首次提出总体国家安全观,核安全是其重要组成部分,事关国家安危、人民健康、社会稳定、经济发展及大国地位,历来受到党和国家的高度重视。

2019年新冠病毒突如其来,疫情来势汹汹。生物安全攸关国家安全,影响发展利益,关乎人类福祉。情之所系,行之所至。在全国抗击新冠肺炎疫情的背景下,习近平总书记指出,把生物安全纳入国家安全体系,系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设,全面提高国家生物安全治理能力,确保山河无恙,百姓安康。这是以习近平同志为核心的党中央从战略和全局高度作出的一项重大制度安排,是确保人民幸福安康、社会繁荣稳定、国家长治久安的战略举措。

当今世界,科学技术是综合国力竞争的决定性因素。核科学技术一直走在科学研究的时代前列,始终引领着创新前沿。过去我们搞“两弹一星”是荆棘满路,现在发展核能必须要环保可持续。核能是目前唯一能够取代化石燃料的高效、经济的清洁能源。在很多人眼里,核技术神秘而高深,其实它是建立在射线与物质相互作用基础上所开发利用的技术,早已事关百姓平安,服务于国计民生,服务于健康中国和美丽中国建设。比如X光机、核磁共振、CT、PET、SPECT等等,早已广泛应用于现代医学的诊断与治疗。“绿水青山就是金山银山”,核技术用于“三废”治理比传统处理技术效率更高、能耗更低、效果更好。因此,不难发现,核科学技术不仅影响着当前的世界格局,也关系到我们的日常生活。过去没有核,我们的腰杆不硬,现在离开核,我们的日子不美!

三、核科学技术与辐射安全

核与辐射安全是国家安全的重中之重,是核事业的生命线。然而,受上世纪六、七十年代核武器试验及冷战时期“核恐怖”和“核讹诈”的影响,致使公众对核与辐射的认识仍然停留在“神秘”和“恐怖”的阶段。很多人担心核辐射,对辐射安全问题存有疑虑。

人们之所以对辐射如 此 恐慌、恐惧,源于对辐射的不了解。说来大家也许会大吃一惊,人体本身就是一个辐射源!人与人近距离交流的时候,其实正在互相辐射!自然界中的一切物体,只要在绝对温度零度(-273.15℃)以上,都会以电磁波或者粒子的形式时刻不停地向外传送能量,这种传送能量的方式就是辐射。

辐射按照能量高低可以分成两大类:非电离辐射和电离辐射。能量低的是非电离辐射,能量高的是电离辐射,核辐射属于电离辐射的范畴。我们日常生活中所接触到的光辐射、热辐射、微波辐射、无线电波、红外线等都属于非电离辐射。大家平时打电话、坐地铁、乘高铁、看电视、烧水,使用微波炉、吹风机、电脑、路由器等受到的辐射也都是非电离辐射,不必一听到辐射就害怕。那么电离辐射离我们远吗?

地球在45亿年前形成的时候就有电离辐射,而我们对它的认识只有一百多年。辐射是自然界的客观存在,电离辐射是我们日常生活中无法忽视的部分。自古以来,人类一直在天然辐射的环境中繁衍生息,生活在地球上的每一个人都要受到宇宙射线的照射,通常海拔每升高1500米,宇宙射线要增强1倍。除此之外,人们还要接受土壤、岩石等生存环境中含有的天然放射性物质的照射(铀、钍、钾-40等),这些就是天然本底辐射。因此,人们吃的食物、喝的水、住的房子、走的路、呼吸的空气乃至我们人体本身都不可避免地含有微量的辐射。

不仅如此,人们还自觉地接受着额外的人工辐射,特别是到医院去体检或治病,都要接受或多或少的人工辐射。但是医学上使用的电离辐射,无论是射线装置还是放射性同位素,不管是用于诊断还是用于治疗,其剂量水平都在安全范围之内。在医疗条件逐步改善和进步的今天,我们接受到的电离辐射中天然辐射大概占四分之三,其余的是人工辐射,并且绝大部分来源于医疗。

核能与我们日常生活中所熟悉的电能、水能、热能等一样,都是能源。只要正确合理地使用,就可以造福人类,而不会影响我们的健康。大家都知道高压电危险、水火无情,但我们并没有因此而不使用它们,相反我们的日常生活却离不开它们;微波炉就是一个辐射源,却给我们带来了生活上的便利。因此,我们是身在“辐”中不知“辐”,辐射并没有想象中的那么可怕,可怕的不是核辐射,而是心理恐慌。切莫谈核就色变!

任何事物都是一分为二的,一切脱离剂量谈危害都是不科学的,核与辐射也不例外。大剂量的电离辐射是有害的,不按法律法规和管理制度的操作可能引发事故。形象地说,核能的和平利用就像是人们烧火做饭,不当操作或意外引发的事故就像是火灾,国内外也曾发生过一些核能应用过程中的安全事故,造成了较大的社会影响。因此,核与辐射安全直接关系到百姓平安、社会稳定乃至国家安全,必须有严格的法律条款约束以及专门的政府部门监管,才能确保核与辐射安全高效运行。那么我国是如何保障核安全的呢?

中国核事业从无到有、持续发展,形成了完备的核工业体系。中国始终把保障核安全作为重要的国家责任,融入核能开发利用全过程,始终以安全为前提发展核事业,按照最严格标准实施监督管理,始终积极适应核事业发展的新要求,不断推动核安全与时俱进、创新发展,保持了良好的安全记录,走出一条中国特色核安全之路。中国从高从严构建核安全政策法规体系,实施国家核安全战略,制定核安全中长期规划,完善核安全法规,形成了法律法规和部门规章相衔接、法规要求和技术标准相补充、中央和地方相结合的法规标准体系,实现了核能开发利用安全监管全覆盖。

确保核与辐射安全,是党和国家对人民做出的庄严承诺,以习近平同志为核心的党中央高度重视核安全,提出“理性、协调、并进”的核安全观,强调发展和安全并重,倡导打造全球核安全命运共同体,构建公平、合作、共赢的国际核安全体系,为新时期中国核安全发展指明了方向,为推进核能开发利用国际合作、实现全球持久核安全提供了中国方案。

不难发现,在人类不断认识核、了解核的过程中,核辐射不再仅仅是我们身边的隐形队友,还成为了生产生活的好帮手,核能核技术广泛应用的背后,一直都有我国核安全监管的全方位、全天候保障。传承创新、规范监管,强化中国核与辐射安全监管体系。严之又严,慎之又慎,细之又细,实之又实,打造核与辐射安全监管铁军,切实维护国家安全,实现核能持久安全发展,中国核安全一直在路上。

四、核科学技术之人才培养

核科技是高科技密集的领域,是产学研紧密结合的新兴产业链。核领域关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家安全。国势之强由于人,人材之成出于学。要实现核能安全发展、创新发展,坚持和平利用核能,全面提升核工业的核心竞争力,亟需大量具有核专业背景的人才。然而,截至2019年6月,全国开办核工程类专业的大学共72所,其中专门设立核学院的有47所,每年招收核工程类专业本科人数约3000人,人才断层尚未填补,需求缺口仍在增大。

兰州大学核科学与技术学院的前身是创建于1955年的兰州大学现代物理系(代号“505”),是我国高校最早设置核专业的两个院系之一,是国内高校核专业设置最齐全的院系之一,是首批获得硕士、博士学位授予权,首批设立博士后科研流动站的单位之一,六十五年来从未中断过核专业人才培养。创建和北大一样早,坚守与清华一样好。

学院现有核科学与技术一级学科博士学位授权点,粒子物理与原子核物理、放射化学两个二级学科博士学位授权点;粒子物理与原子核物理、放射化学、原子分子物理、核技术及应用、能源动力(核能与核技术工程)5个硕士学位授权点。有粒子物理与原子核物理国家级重点学科、放射化学国家自然科学基金委特殊学科点、核科学与技术省级重点学科、国家级“双万”专业建设点,教育部重点实验室(B类)、中子应用技术教育部工程研究中心、核环境安全教育部工程研究中心等。

学院秉承“铸剑强国,核以道和”的院训,伴随和见证了我国核事业从无到有及“两弹一星”的辉煌成就,先后培养了核科技人才4000余人,包括3位院士和一大批行业领军人物,为祖国核科学技术的进步与发展做出了重要贡献。学院毕业生就业前景广阔。

纷繁世事多元应,击鼓催征稳驭舟。回看走过的路,我们已经铸就辉煌;凝视脚下的路,我们仍在创造辉煌;放眼未来的路,我们还将续写辉煌。充满活力的核科学技术必将前途光明,春光无限!

欢迎大家走近核科学技术!欢迎大家报考兰州大学核学院!期待与你一起,弘扬两弹精神,再续辉煌!

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编辑:韩晶晶
责任编辑:许文艳

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