日本发生核辐射 对中国将会有什么影响?
作者: 来源:新浪科技 日期: 2011-03-17
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  一直以来,很多人都认为核能是最安全同时最可靠的能源。但是,近日日本福岛第一核电站机组发生爆炸、导致放射性物质泄漏的事件让人对此产生了怀疑。
  神秘的核能究竟是怎么回事?核电安全吗?核辐射危害有多大?……
  与常规能源相比,核能具有不可比拟的三大优势。
  首先,核能的能量密度非常大,消耗少量的核燃料就可以产生非常巨大的能量。一座电功率为100万千瓦的燃煤电厂每年要烧掉约300万吨煤,而同样功率的核电站每年只需要30吨核燃料,相差10万倍。在节省大量的煤炭、石油资源的同时,核电的利用开发还极大地减轻了交通运输的压力。
  其次,核能是非常清洁的能源。它不向大气排放SO2、NOX和烟尘,也不排放温室气体。由于有“多道屏障,纵深防御”的理念,在核电站正常运行时,它的放射性物质向环境的排放也可忽略不计,例如,2009年美国的核发电量是中国大陆的11倍多,而据美国国家辐射防护和测量委员会报告,美国人年辐射剂量的小于千分之一来自于核电源(另51%来自于医疗,37%于岩石、土壤及氡,各5%于宇宙射线和人体自身,2%于生活消费品),来自于核电的年辐射剂量是煤的1/100、国际航班的1/200、或者等同于每年吃一个香蕉。
  核能的第三个优点是具有较高的经济性。在核能发电的成本中,燃料费所占用的比例(大约25%)远远小于煤电高达60%的燃料费比例,这也使得核能发电在日益增长的国际资源价格背景下,能够控制较低的运行成本,为民众提供廉价的电能。
  与核裂变能相关的还有核反应堆的“剩余发热”问题——这也是造成最近日本福岛第一核电站发生事故的主要原因之一。当反应堆在自动或者操作员控制下停止工作时,反应堆并没有完全停止下来,就像百米赛跑一样,选手跑到终点之后需要有一个缓冲,只是反应堆的这个“缓冲”需要更长的时间。在反应堆中,当裂变反应停止时,由于还存在着大量的放射性裂变产物,这些裂变产物在进行衰变时会放出衰变热(虽然裂变释能已经停止),其总的热量规模可以达到反应堆满功率运行时的3%左右。
  为了防止“剩余发热”的危害,反应堆做了很多可靠的设计,利用冷却水系统源源不断地给反应堆“降温”。而为了保证冷却水系统设备的正常供电,除在正常供应核电厂的外部交流电之外,还有多台后备柴油发电机以及蓄电池,可以保证在丧失外电的情况下,保证冷却水的供应。
  现有反应堆设计所采用的“多道屏障”原则是指,以中国目前最主要的压水堆核电厂为例(日本福岛沸水堆也类似),第一层为燃料元件包壳,目的是为了防止裂变产物进入冷却剂系统。第二层屏蔽是将反应堆冷却剂系统全部包容在内的一回路压力边界,将带有放射性的冷却水等密封起来。第三层为厚钢筋混凝土结构的安全壳,将反应堆、冷却剂系统的主要设备等包容在内。当严重事故发生时,第三层屏障也能阻止可能从一回路系统外逸的裂变产物泄漏到外部环境中去,同时也保证了重要的设备不受像飞机坠落等外来破坏对设备的影响。
  与此同时,核电厂在设计之初,也会考虑可能发生的自然灾害,比如说地震、台风、潮汐、海啸等。以预防地震为例,在设计时,核电厂主体结构要坐落在一块沉积岩上,同时要考虑此地最大可能发生的地震规模再加上富余量。但像这次日本发生的地震规模大大超过预期,9.0级的规模超过早期福岛电站7.9级的抗震规模42倍(地震一级相差30倍)。
  日本此次事故发生后,很多人都联想到了前苏联切尔诺贝利事故。事实上,这两者有着本质的区别。切尔诺贝利事故是由于运行人员违章操作再加上石墨沸水堆型本身的设计缺陷造成的。反应堆瞬发临界,导致功率剧增,处于完全失控状态。而日本的反应堆在一开始的时候就把“控制棒”插入堆芯停止了链式裂变反应,只是还存在着较大的衰变热量。另外,切尔诺贝利事故发生的另一个重要原因是没有加装安全壳,所以当压力容器损毁时,核物质全部释放于外部环境,引发了灾难性的后果。而从此之后,所有的反应堆,包括日本的这座,都加装了安全壳,使再发生这种破坏性事故的概率降到了极小。
  当需要对辐射进行防护的时候,有三个重要的原则,就是时间、距离和屏蔽。前两个显而易见,接受辐射的时间越短,离辐射的距离越远,接受的剂量就越少。当你在医院接受X光检查时,医生会要求你把一些铅袋放在身体的一些重要的部位,这就是应用了屏蔽的原则。安全壳厚实的钢筋混凝土结构也有效地达到了屏蔽的作用。
  这次日本事故中释放的辐射有多强呢?据日本东京电力公司的报告,12日探测到的最高放射性剂量为1015微希每小时。这是怎样的一个辐射剂量呢?如果你一年什么事情也不干在家干坐着,你接受了天然本底的2.4毫希的剂量,也就相当于你站在最高峰时核电站门口整整两个多小时。如果你真的不幸地在发生核事故的反应堆前呆了一个小时,好吧,如果你想你的寿命不至于受到影响,那么请你少做一次X光胸透检查,或者少抽几根香烟。
  当然,在一号机组之后,二号机组的放射性要比一号机组高出许多,那么对于中国来讲,会有什么影响呢?做一个最坏的估计,以15日东京探测到的0.1至0.8微希(这样的剂量大致和天然本底辐射相当,不会对东京市民造成危害)计算,事故距东京的距离为200公里,距中国的距离保守以1000公里计算(韩国首都首尔距福岛的距离就有1000公里),我们接受的剂量为5万分之一毫希左右,占时间平均后的天然本底的5%左右。这个剂量相当于今天大气层薄了一些,多入射了5%的宇宙射线,或者相当于你在飞机上喝小一杯果汁时间内接受到的高空宇宙射线剂量。当然,考虑到风向和核素本身的衰变,结果还不会有如上保守估计的数值之多。
  与日本福岛发生事故的70年代兴建的早期沸水堆核电站不同,中国目前规划中的反应堆类型以安全性更好的三代压水堆为主。其中特别值得关注的是规划实行中的AP1000核电项目,引进了美国西屋公司“非能动”设计原则,即采用自然界固有存在的规律,例如物质的重力、惯性以及流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等原理,而不需要采用泵、交流电源、应急柴油机等外界动力驱动即可以在像日本这次事故中丧失所有电能供给的情况下,保障反应堆安全冷却停堆。目前,全世界,包括中国在内,有很多专家学者潜心致力于研究更加安全、更加经济、更加高效的核能系统,以应付人类日益增长的能源需求。
  (作者:清华大学工程物理系 朱昂 指导老师:清华大学工程物理系核能科学与工程管理研究所所长 王侃教授)
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