核能發(fā)電是否有可靠的安全保證？

問題描述：核能發(fā)電是否有可靠的安全保證？切爾諾貝利核電站和日本福島核電站的災難性事故能否避免？核能帶給人類巨大的福利與一旦發(fā)生泄漏所產生的嚴重后果之間的這個尖銳矛盾如何抉擇與平衡？隨著人工智能技術的發(fā)展和突破，人類將來會否真的失去對核能的控制？

領域專家：對于核能發(fā)電來說，其所需具備的其中一項重要能力就是將放射性廢燃料安全地運往幾千英里開外的反應堆進行再處理或清理。為了確保將這一過程中的風險降低到最低點，美國桑迪亞國家實驗室(SNL)最近完成了一項核能“鐵人三項”。

SNL介紹稱，為美國提供20%電力的核反應堆產生了近2600噸的放射性廢料。如何將它們安全運輸以及處理則是一項危險且細微的工作，因為它不僅含有需要嚴格遵守國際源自能機構(IAEA)相關規(guī)定的燃料棒，而且還必須要完全消除公眾對其工作的質疑，他們需要采取一切可能的預防措施。

30多年來，這些廢料都被儲存到重達125噸的Type B桶中，通常情況下約有24噸左右的廢料可以以燃料棒的形式儲存在里面。為了起到安全左右，這些桶則都是用堅固的鋼鐵鍛造，同時還在鋼制艙口使用了特制的加固釘，它們每根可以承受住100噸的力。當裝載和密封好之后，即便讓一輛重達100噸、速度在100mph（160km/h）的柴油機車撞向其最脆弱的地方也只是留下一些劃痕和凹痕。

但現在的問題是這些燃料棒本身非常脆弱。在一個強放射性的臨界核反應堆環(huán)境中呆了好幾年，金屬棒的金屬包殼變得非常脆弱，如果不想打碎它們就需要在處理的過程中非常小心。同樣的問題也會出現在常規(guī)的燃料棒運輸中，在這種情況下，反復出現的壓力使得它們處于極易折斷的危險之中。

為了更好地了解這些燃料棒所經受的壓力，SNL與來自西班牙、韓國的合作伙伴以及Pacific Northwest和阿貢國家實驗室展開合作，它們打造了一個全新的儲存桶。不過科研人員并沒有在里邊放置用過的核燃料，而改用了鉛制的繩子和鉛制或鉬制的小球。在這個全新的儲存桶內科研人員安裝了加速計、應變儀以此來紀錄每一次的顛簸。

雖然這已經不是SNL第一次進行這樣的測試，但卻是迄今為止最富雄心的一次測試。在這次“鐵人三項”測試中，SNL使用了一個來自西班牙的核儲存器，其總共完成了1.45萬英里的陸地和海洋運載之旅，具體路線如下：

測試項目經理Paul McConnell表示，初步結果顯示運送過程中只出現了非常低水平的撞擊和振動，他們將拿這個結果跟核能反應堆產生的燃料機械性能進行比較，最終他們要弄明白那些燃料能否經受住旅途中出現的撞擊和振動。

領域專家：首先必須明白，核能分為三種：裂變能、聚變能和衰變能。分別利用原子核在裂變、聚變和衰變時釋放出來的能量，這些能量都可以用來發(fā)電。

目前，得到大規(guī)模使用的，是裂變能發(fā)電。它使用了裂變核反應堆來大規(guī)模釋放裂變能，再將其轉化為熱能，再轉化為機械能發(fā)電。這個技術已經是非常成熟的，需要努力的方向是提高安全性，并降低成本。

另外一個技術成熟的是“衰變能發(fā)電”，所謂的“核電池”是其典型的代表。它的優(yōu)點是沒有安全問題，特別是“核安全問題”。缺點是價格昂貴，比“裂變能發(fā)電”還要昂貴。主要原因是放射性同位素的生產費用太高。

至于“聚變能發(fā)電”，主要采用的是“熱核聚變”技術路線，目前它的“技術原理研究”還沒有成功，世界上并沒有建成一座“受控熱核聚變反應堆”。何時能夠突破，現在還不好說。

對于“核能發(fā)電”，公眾了解的是“裂變能發(fā)電”，還主要是因為三次重大的“核反應堆事故”，對世界影響太大了，造成了世界范圍內的“反核浪潮”。其根本原因，是在于裂變放能的同時，產生了許多容易擴散的放射性核素，特別是氪、氙等氣體放射性同位素，以及碘、銫等“易揮發(fā)核素”。這些放射性同位素產生量大，又容易擴散，也無法控制它的產生，所以一旦出現重大事故，帶來大面積的放射性污染，對公眾的危害很大。

目前希望能夠提高裂變核反應堆的安全性，第三代核電技術，已經將第二代核電反應堆的事故概率又降低了一個量級，但仍然不能保證“肯定不會”，“絕對不會”出現“放射性物質大規(guī)模泄漏”的情況，因為面對的情況是太復雜了。

正在研究開發(fā)的“第四代核電技術”，目的之一，就是希望解決這個問題，希望能夠確保“在任何情況下”，都不會出現放射性物質的泄漏。從目前研究的情況看，只有“高溫氣冷堆”可以達到這個目標，因此中國把它定義為“具有第四代核電技術特征”的核反應堆。但它的能源效率遠低于“第三代核電技術”，所以還不能承認“高溫氣冷堆”是“第四代核電反應堆”。能源效率是它的主要缺陷，但安全方面卻能夠達到目標。

其它的所謂“第四代核電技術”，包括快堆、熔鹽堆等，都不能達到“高溫氣冷堆”的安全水平，所以目前我國還不承認它們“具有第四代核電技術特征”，只能繼續(xù)研究。

領域專家：這個問題是我遇到的最“對口”的問題了（理由詳見頭條號個人信息^_^）！在建的“三門核電站”，那2個混凝土“柱子”是屏蔽廠房（近1米厚的高強度混凝土）

下面我就從在核電行業(yè)中的切身體會介紹一下對此問題的理解：

1）核電站安全是最高要求和目標：在經歷了前蘇聯“切爾諾貝利核事故”、美國“三里島核事故”及日本“福島核事故”等三次重大核事故后，核電廠的安全性要求已經提到了所有工程技術行業(yè)里的最高水平！舉一個簡單的例子，在目前的核電廠設計中，需要提前對可能發(fā)生的事故進行計算分析和試驗驗證，其中一個典型的“事故”（假設始發(fā)事件）是“主冷卻劑管道雙端剪切斷裂事故”（從未發(fā)生過），要求核電廠在這種事故下仍能夠保證堆芯燃料完整性、不能有大量放射性釋放。為防止嚴重事故的影響，核電廠設計了多重屏障，也就是“縱深防御策略”，具體包括燃料芯塊、燃料包殼、壓力容器、一回路邊界和安全殼，運行中任何一道屏障都必須保持完整。

核燃料“芯塊”（上）和各種燃料組件（下），其自身也具有安全功能

2）核電站是技術高度集中代表：核電站被譽為是最為復雜的系統工程，其復雜程度和技術集中程度與載人航天工程不相上下。一座100萬千瓦級別的核電站，造價一般在200億人民幣左右，如此大的投資也不是一般的國家可以承受的，因此，建造核電站也是一個國家綜合國力的體現。投資如此的大原因一個是需要設計多種安全措施保障核電廠萬無一失，另外就是核電站所采用的設備、零部件都要求極高，技術附加值很大，“好貨不便宜”也是有道理的！核電站反應堆壓力容器（上）和主管道（下），制造難度高、價格昂貴（一般國家造不出來）！

3）現有技術手段已實現核電站極高安全性：目前全世界在役的核電站有接近400座，其中美國最多，有接近100座，其次是法國、俄羅斯等過?，F在運行的核電站大部分還是上世紀70.80年代建造的第二代核反應堆，即使如此，如果從發(fā)生事故的概率來講，核電站的安全性可以比擬大型客機（航空運輸是安全系數最高的運輸手段）。目前新建造的核電站，大多是第三代核電技術（或者“二代加”技術），其安全指標比第二代技術要至少提高一個數量級以上，如其中一個指標“堆芯損傷概率”，需要保證在10^-6級別，即運行100萬年允許發(fā)生一次堆芯損傷（堆芯損傷并不是說放射性釋放到外界，而是說整個反應都是完整的，只是里面的核燃料發(fā)生了熔化，放射性仍被包容在反應堆內）！核電站的鋼制安全殼（厚度5厘米左右），是核電站的安全邊界，其外還有1米厚的混凝土廠房！

4) 核廢料的儲存及利用：目前世界上運行的核電站，絕大多數都才有經過一定濃縮的U-235燃料，這些燃料基本都是燃料棒的形式。經過一段時間的運行后，U-235的份額會下降，就必須從堆芯卸出，就是所謂的“乏燃料”。這些乏燃料放射性很高，必須嚴格儲存，目前應用最廣的方式就是地質儲存，通俗的說就是找個人煙罕至的地方把它深埋起來。這些乏燃料并不是“廢物”，在一定的技術條件下是可以繼續(xù)釋放能量的，如目前正在發(fā)展的“快中子增值反應堆”，就可以拿乏燃料作為燃料，同時還能把乏燃料中的U-238轉變?yōu)轭?239等易裂變元素，從而實現核燃料的增值（通俗的例子：那2塊煤和2塊石頭燒，燒完最后還得到2塊煤，神奇么？）美國用來存放乏燃料的存儲設施，核廢料儲存在數百米深的地下或者山洞中！

上面所說的只是利用裂變反應的核電技術，這一技術在今后一段時間仍是我們利用核能的唯一方式。對于核電站，絕對的安全是很難實現的（任何行業(yè)也無法保證絕對的安全），但我們現在的技術手段可以保證核電站安全性在一個極高的、可接受的范圍內！

隨著技術的發(fā)展，也許在不久的將來，人類可以掌握“可控核聚變”技術（也就是“人造太陽”），屆時，我們利用核能也不必擔心核輻射的影響（聚變的放射性極?。瑫r，聚變的單位功率密度要比裂變高出幾個數量級，我們人類的發(fā)展將不會再出現能源危機。目前用于研究的核聚變裝置之一，也叫“超導托卡馬克”裝置

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