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切尔诺贝利和福岛之后,核电站为什么还这么坚挺?地球知识局

新闻来源: 地球知识局 于 2018-12-06 22:00:08  


“我们一连好几天都坐在电视前,等着戈尔巴乔夫发表声明。但政府没有做出任何声明。等到节日过后,戈尔巴乔夫才出现在电视上,他说:同志们不要担心,一切状况都在控制之中。情况并不糟。人们仍然在当地生活、工作。”这是切尔诺贝利事件亲身经历者的一段回忆。

灾难场景

切尔诺贝利核电站事故是人类历史上最悲惨的一次核事故,由于苏联政府处置失当,也成为了苏联解体的直接导火索。核电站也似乎成为了人们闻之色变的工业设施。

核,真的这么可怕么?全世界的核电发展又是如何呢?

早期蓬勃的发展阶段

上世纪60年代末70年代初,各工业发达国家的经济处于上升期,电力需求十年翻了一番。而核能相比于化石能源,便宜、高效、环保,还有掩护核武器开发的潜在功能,自然在冷战的特殊背景下成为了风口上的能源产品。

美国人则无所谓掩护

从能量密度上看,1kg铀燃料裂变产生的能量,约等于燃烧 2000吨煤产生的能量。无论是能源大国还是能源弱国,都希望能从中分一杯羹。美、苏、英、法、日等发达国都制订了庞大的核电发展计划。像印度、巴西这类发展中国家,自己没技术造,就买了发达国家的设备也开始建核电厂。

这其中,冷战时代的美国是核电领域的领头羊,也很好地占领了核电的国际市场;苏联则拥有丰富的天然铀资源,为与美国抗衡树立了坚实的后盾;日本先天性能源匮乏,核电的经济性让日本人如痴如狂,核电发展水平也很高。

著名的汉福德场

美国核能与核武器的重要见证

几十年间,全世界核电的发展,盛况空前。

但随着第一批核电站进入服役生命的晚期,灾害与恐惧也随之而来。

1979年3月28日,美国三里岛核电站2号反应炉发生爆炸,60%的核燃料受到损坏,最终机组全部瘫痪,2万多人被迫撤离避难。自此,美国宣布取消之前列的所有核电计划,核电的发展,一停就停了31年。        

1986年4月26日,俄罗斯切尔诺贝利核电厂4号反应炉发生爆炸,8吨多的辐射物外泄。3个月内就有31人死亡,之后15年内有6-8万人死亡,13.4万人遭受各种程度的辐射疾病折磨。

现在,每5个白俄罗斯人中就有1个,住在受辐射污染的区域。永久存在的低剂量辐射导致罹患癌症、智力不足、神经系统疾病和遗传突变的人口每年都在出现。 

2011年3月11日,日本福岛核电站发生爆炸。核电站方圆20公里处,辐射量超出正常值的6600多倍,2万多人被迫撤离。事故发生20天之后,中国有25个省都监测到了辐射。 

这一严重的事故也造成多国核电建设进程停滞

核电究竟应该继续大力发展,还是就此停步?

谁是最安全的核电站?

为了回答这个问题,我们得先来简单描述一下核电机组的组成及原理。

核电机组通常包含两部分:核岛(下图中灰色虚线框内的第一回路)和常规岛(下图中黄色虚线框内的第二回路)。核岛主要设备是核反应堆、蒸汽发生器。常规岛主要包含汽轮机(图示绿方块)、发电机(图示黄方块)。

在第一回路里,核反应释放出的热量,以冷却剂为载热体,送到锅炉去反应,不携带热量的冷却剂再流回反应堆循环使用,实现了核能到热能的转换。

在第二回路里,锅炉里分离出的热蒸汽,按逆时针方向流动,进入汽轮机做功,于是热能就转换成了机械能,做了功的蒸汽经过冷凝后,再重新返回锅炉,组成了第二个循环回路。最后转动的汽轮机就带动着发电机的转子旋转,于是电能就这样产生了。

在这些设备里,最核心的设备应属核反应堆(上图所示)。说到核反应堆,我们经常会看到“石墨堆、重水堆、轻水堆、压水堆”等等特别抽象的术语,为了更好的阐述,我们还需要演示一下核反应的过程。

中子(下图1中绿色的小点)受到诱导,如子弹般对准了铀-235。铀-235经过轰击(图2)吸收了中子,变成了不稳定的铀-236(图3),在很快的时间内分裂成几个质量更小的原子核,同时释放出新的中子和能量(图4)。释放出的中子再继续轰击别的原子核,从而形成链式反应,并最终释放出巨大的能量。

但里面存在一个问题,中子的飞行速度太快,就不容易被原子核捕获,因此为了产生链式反应,就必须要降低中子的速度,用来降低中子速度的物质就是慢化剂(也就是减速剂)。

回到我们之前提的“石墨”、“重水”、“轻水”上来,这些物质都是中子减速剂。惯例上,也是通过这些减速剂来给反应堆分类命名的:用石墨的叫石墨堆;用轻水(就是普通水)的叫轻水堆;用重水(氢比普通水多一个中子)的叫重水堆。

选用不同种类的减速剂,中子的速度就不同,最终也导致了核燃料的利用效率有高低之分。

这其中,石墨的效率是最高的,但现在用的很少,为什么呢?因为切尔诺贝利事件的惨痛教训。那时候的技术还不是很成熟,石墨性能不稳定,操控难度大,一不小心就用力过猛,发出的热量大到把反应堆都熔毁了(想象一下管子里流动的都是炭的反应堆会是什么样子),温度急剧升高,蒸汽压力迅速增加,从而引发了一场蒸汽大爆炸。

而且那个时候为了减(偷)少(工)费(减)用(料),反应堆只建了一层,所以一下把屋顶都炸穿了,辐射物都进入了空气里。而外界的氧气流进反应堆后,变成了火上浇油。最终释放出的辐射剂量是广岛原子弹的400倍。

轻水堆的优势就体现出来了。虽然效率比不上石墨、重水,但我们对水的性能更了解,易于控制,安全永远都是第一位的。

轻水堆又分为沸水堆和压水堆。沸水堆,顾名思义水是沸腾状态的。压水堆,就是对水施以高压,使水的沸点升高,所以常温下水不会沸腾,还是保持液态状。

那压水堆和沸水堆,我们更倾向于选哪种呢?

我们讲一个最大的区别,沸水堆没有蒸汽发生器(就是我们之前提到的锅炉),没了枢纽,而且只有一条冷却回路,反应堆加热形成的蒸汽直接流进汽轮机做功发电。回路相对压水堆来说更简单,建筑成本也更低廉。

但是一旦遇到紧急情况,没有备用的冷却系统,反应堆内的热量散不出去,压力过大,就会爆炸。福岛核事故就是这么发生的,海啸导致唯一的一条冷却回路失去作用,最终引发了一系列爆炸。

在经历了上面几次核事故的重创后,人们确实萎靡了很长一段时间,大家谈核色变。据国际能源机构统计,在1990年至2004年间,全球核电总装机容量年增长率由此前的17%降到了2%。

相较来说,压水堆成了世界上目前技术最成熟,运行最安全的堆型。目前全世界大约有500座核电站在运行,压水堆占了七成。

开始进入复苏阶段

时间是个神奇的东西,总能抚平一切情绪,大家也渐渐淡忘了之前的伤痛。加之能源危机越来越严重,核能作为清洁能源的优势又重新受到青睐。

经过了这么多年的技术发展,安全设施的加强,严格的审批把控,核电的安全可靠性确实得到了很大的提高。世界核电的发展又开始进入复苏期,世界各国又都开始制定积极的核电发展规划。

根据国际原子能机构2011年公布的数据,目前全球正在运行的核电站约500座,核电发电量约占全球发电总量的16%。拥有核电站最多的国家依次为:美国104座、法国58座、日本54座、俄罗斯32座、韩国21座、印度20座。据预计,到2030年,全球投入运行的核电站,将可能在目前的基础上增加约300座。

世界主要核能国家反应堆数量排名

截止到2017年,我国已经有11座核电站投入了商运,11座正在建设,不论是已经建好的还是正在建设中的,绝大多都是压水堆型的。2017年所有核电机组累计发电2500亿千瓦时,约占全国总发电量的4%。

总的来说,核电站的安全性正在逐步提升,它们所显现出来的经济性和运行中的环保性仍然是能源危机下人类趋之若鹜的优势。所以盲目的恐慌,因噎废食确实没有必要核能的环保、充沛、廉价对于世界各国的长远发展都有巨大的吸引力,核电走向复苏也是这个时代的必然。

但也不能盲目乐观,高枕无忧。据统计,现在世界上有400多座还在运行的核电站,还使用的是第二代机组,就是和美国三里岛、切尔诺贝利同一时代的机组。目前所采取的安全技术保障,都只是在二代的基础上加以改进的,安全隐患不是说绝对没有的。

在采访了众多切尔诺贝利的受害者后,《切尔诺贝利的悲鸣》的作者,诺贝尔文学奖获得者,阿列克谢耶维奇说:“书中的人物已经见过他人未知的事物,我觉得自己像是在记录着未来。”希望历史的悲剧不会再重演,如果真的不幸又发生了,我想我们现在唯一能做的就是,多掌握一些自我保护、急救的知识。

网编:网事随风

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