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核能安全利用 我们该做什么?

时间: 2016-09-12 15:15:04 信息来源: 安徽日报
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      核能有效利用是当今社会关注的重大问题,各国科学家都在为之拼搏。核能在未来能源结构中占有什么样的重要地位?如何保障核能安全利用?科学家在核能安全利用方面正在做哪些事?带着这些问题,记者采访了中国科学院核能安全技术研究所的专家。

  核能发电

  清洁便宜的能源

  核能是原子核发生重新组合或分离而释放出来的能量,也称“原子核能”,它有聚变能和裂变能两种。聚变能尚在深入探索研究阶段,人类还没有完全掌握;裂变能,人类已实现大规模可控,并已实现商用化。核能目前利用最多的领域还是核能发电,现在世界上有几百座核电站在运行,还有不少核电站在建。到目前为止,全球核电发电份额约占总份额的13.5%左右,发达国家在运核电装机总量已占电力装机总量的20%,我国仅占2%至3%左右,尚处低位。

  反应堆是实现大规模可控核裂变链式反应的重要装置,它向人类提供核能,核电站的核心就是反应堆。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式,这一点与火力发电极其相似。不同的是,核能发电以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料的化学能。单位体积燃料核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高约百万倍,比较起来所需要的燃料体积比火力电厂少很多。举例来说,一座大型核电厂每年要用掉80吨的核燃料,只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤,需要515万吨,每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气,需要143万吨,相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。地球上核燃料资源储藏量丰富,已探明的铀矿至少有460万吨,相当于4万亿吨煤的能量,可供人类使用200年。核能发电比较经济,虽然它一次性基建投资较大,但核燃料的费用比煤和石油燃料费用要便宜得多,所以核电站的总成本已低于火力发电站的总成本,有较好的综合经济效益。此外,核能发电还可实现大幅削减二氧化碳的排放目标。根据国家“十三五”发展规划,到2020年,我国核电装机容量将达到5800万千瓦,在建容量将在3000万千瓦以上,总共要完成8800万千瓦的既定目标。这说明,在未来很长时间内,核电在非化石能源的发电中占有重要地位,并在人类的生产和生活中发挥重要作用。

  叩问核安全

  多安全才算安全

  虽然核能发电既有较高的经济效益,又有很好的环境效益,但大众对于核安全总是心存疑虑。今年是前苏联切尔诺贝利核事故30周年,也是日本福岛核事故5周年。这两次重大事故,再次唤醒人们对于核能安全问题的警惕和关注。切尔诺贝利核事故的原因有人为的原因,也有设备的原因。如:电站使用的反应堆,西方发达国家早已经淘汰。该反应堆自动控制和监测技术落后,没能将事故及时处理。再有就是,对这种安全性本来就差的反应堆竟然没有设置安全壳,只有一般的厂房。这次事故造成反应堆厂房爆炸,堆芯熔化,放射性裂变产物污染了大气环境。

  福岛核事故与切尔诺贝利核事故同为七级核事故(国际原子能机构IAEA将核事件分为7级,7级为最严重)。福岛核事故是因为地震引起的海啸造成核电站断电,反应堆无法冷却,才导致大爆炸和堆芯熔融。福岛核事故的后果比较严重,至今仍然影响着核电站周围居民的生活,部分疏散人员仍然无法返回家乡,核电站附近的海水也受到不同程度的污染。

  核安全要多安全才算安全?中国科学院核能安全技术研究所所长吴宜灿研究员认为,回答这个问题需要更新理念,安全目标不仅要考虑对公众的保护,还要考虑对环境和社会的可持续发展的影响。

  国际上核安全目标的科学定性描述是:不明显增加个人风险和社会风险。如何界定“不明显”呢?美国核管会(NRC)在1979年三哩岛核事故后提出两个“千分之一”:紧邻核电厂的个人或居民急性死亡风险不超过其他原因导致急性死亡的千分之一;因核电厂运行导致癌症死亡的风险不超过其他原因致癌风险总和的千分之一。严格地说,这样的定量概率安全目标,是在美国当时的厂址、环境和人口条件下,基于压水堆技术从两个“千分之一”推导出来的。但目前大多数国家只是简单地引用,缺乏充分的指导意义。此外,这一安全目标的实施,依赖于概率安全分析技术的成熟和完善,分析结果中的不确定性始终是其面临的重要挑战。显然,对于多安全才算安全,人们并没有获得最后的答案,安全目标会随着时代发展、科学进步以及技术提升而改变。

  保障核安全

  技术进步是首选

  保障核安全,既是一个世界性的课题,也是我国政府十分重视的研究领域。日本福岛核事故后,2011年9月中国科学院决定成立核安全所,由中科院合肥物质科学研究院与中国科技大学联合共建。研究所的目标是:建成具有国际先进水平的核能安全技术研究基地、核能安全专业高端人才培养中心、核电站及其他核设施安全技术综合支持平台及第三方评价机构。


  长期以来,“纵深防御”(DID)一直被作为最基本的核安全哲学理念,它是二十世纪40年代由美国杜邦公司化学工程师提出。但随着反应堆运行经验的反馈,使得DID层级不断加深,已不堪重负。一方面,无限制增加DID,意味着建造成本增加,竞争力下降,没有核电,还谈什么核安全?另一方面,无限制增强DID,未必带来最终的安全。

  面对上述困境,主要有两条解决途径。一是采用非能动技术,简化设计。非能动技术,实质上是利用自然法则给设计“瘦身”,在提高安全性的同时节省成本。二是通过采用革新型反应堆技术,利用反应堆自身安全特性从本质上加强安全。核裂变反应堆已经历了四代。其中,第四代裂变反应堆是目前正在设计和研发的、在反应堆概念和燃料循环方面有重大创新的反应堆,如铅基反应堆,其主要特征是:可防止核扩散、具有更好的经济性、安全性高、燃料增殖性能好和废物产生量小。专家认为,革新型核能系统是未来核能重要发展方向,也是解决核安全问题的主要途径。

  放射性核废料难处理是公众对核安全的另一个担忧。现行核废料的处理处置方法主要是“土葬”,即按国际原子能机构要求,对中低放射性核废料,不论是固体核废料还是液体核废料,都要进行固化处理,然后装在“封闭容器”里,放在浅地层的处置库里。处置单元由钢筋混凝土浇筑而成,即使发生地震,它也是一个完整的水泥块,不会轻易破裂。而对于高放射性废料的处理处置,则主要采取深埋方式。目前,我国已建有两座中低放射核废料处置库,还没有一座高放射性核废料处置库,所有的高放射性核废料只能暂存在核电站的硼水池里。

  吴宜灿研究员认为,对核废料更先进的处理方法是“火葬”,目前核安全所正在牵头研究多种“火葬”反应堆新概念,其中加速器驱动嬗变系统(ADS)是通过中子与高放射性核废料发生嬗变反应来处理核废料,有望解决高放射性核废料污染问题,并达到“变废为宝”的目的。目前,该所自主创新设计研发的中国铅基反应堆 “麒麟号”(英文名CLEAR)因其优越的安全性、经济性和可持续能力已被选作ADS反应堆堆型,它将同时为我国第四代铅冷快堆的发展建立强有力的技术基础,为保障核安全做出自己的贡献。

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