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科普核电站的风险和技术发展
发布日期:2011-03-18  点击率:906

 

    日本《朝日新闻》(Asahi shimbun)消息称,鉴于放射性物质的预估浓度,福岛县第一核电站的核泄漏可能被定性为6级核事故,即存在较多的放射性元素泄露。

    此前,法国原子能机构已经将该事故级别上调到6级。日本原子力安全保安院(NISA)一度将该事故级别从4级调整到5级,承认福岛事故具有场外风险,和有限的放射性物质泄露,核反应堆堆芯和辐射屏障出现严重损坏。

    导致事故根本原因,是实际灾难的严重程度完全超出了其设计抗震能力和抵御海啸的能力。设备老化和紧急情况下人为处理不当等,也是造成福岛事故的诱因。

    在日本17个核电站共61个反应堆中,大约有六成仍然使用的是和福岛核电站类似的二代技术。至少在日本,这些核电站的安全设计标准是类似的。

    迄今54年的全球核能发电史中,核电站面临的一般安全风险究竟有哪些?随着核电技术进步,其安全性如何得以提升?

    普遍风险:地震、断电、人为因素和机械故障

    设计抗震能力8.2级,实际大地震的震级为9级;设计抵御海啸能力为7米,实际海啸则涨到10米,甚至20米高。

    福岛核电站经历了最大的自然风险——地震。随之而来的海啸、余震等次生灾难,也会威胁核电站工事。因此,在地震多发的海岸地带建造核电站,一直被反核人士所诟病。

    而地震导致电路损毁,会导致冷却水系统瘫痪,则是此次福岛核电站事故的直接诱因。这也就是核电站的第二大风险——外部断电。

    我们现在所能看到的核电站,都是运用核裂变链式反应原理进行发电的。简单地说,燃料棒内,铀燃料通过核分裂产生热量,大的原子分裂成小的原子,就产生热量及中子,当中子撞击另外一个铀原子时,就触发分裂,产生更多的中子并一直继续下去。

   问题是,一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热,如果没有电力注入冷却水,这些燃料棒会在短时间内熔化,从而导致核燃料泄漏。因此,目前世界上所有核电站,冷却水系统都是至关重要的一环。

    福岛核电站的冷却水供应系统建在水下,而海啸直接造成了冷却系统失灵。

    30年前美国三哩岛事件,核反应堆内的冷却水丧失殆尽,却是因为人为操作失误,造成部分燃料棒锆包壳和铀燃料熔化。核控制是高度组织化的工作——人为操作引发的核事故,已经占到事故总量近一半。切尔诺贝利和三里岛的事故调查都发现,多少存在操作失误和决策失误。

    福岛的冷却水注入时机也被认为滞后。

    日本核电技术相关人士向记者表示,由于东京电力是私人企业,不愿意一开始就采用这样的手段——在冷却水系统失灵的情况下,如果直接加入未加工的海水,其腐蚀作用将导致反应堆彻底废弃。如果从12日凌晨开始,就用临时的消防水泵向反应堆注水,事故升级的几率就将大大降低。

    此外,还有一个风险是机械故障。该人士表示,尽管国际原子能机构以及部分国家在核电设备上都有相应的公开标准,但是各国允许的建造误差率是不同的。如果单个元器件的允许误差率上升,那么累计起来就有可能使得机械故障的可能性增加。

    发展轨迹:核电技术安全性的改进

    从第一代到第三代核电反应堆,在安全性上有了很大的改进。1954年,前苏联建成电功率为5千千瓦实验性核电站。1957年,美国建成电功率为9万千瓦希平港原型核电站。这些实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。由于其安全系数极低,早已废弃不用。

    而目前世界上商业运行的400多台机组大部分为上世纪60到70年代建成,称为第二代核电机组,主要包括30万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等。

   日本的核电站是第二代核电技术的代表。在这一代技术中,核反应堆的安全性,主要由冷却水系统得以保障,但针对堆芯熔化和放射性物质泄漏,仍然需要外部支援,特别是应急电力。

    第三代核电技术的安全理念,已经尽可能向减少应急环节。目前美国的AP1000 和欧洲的EPR 系统是第三代核电技术的代表,安全性和效率将得到大幅度提高。在安全系统上,第三代反应堆主要装备了蓄水池,在紧急情况下能释放出大量的水,从而达到降温等应急需求。

    不过,无论是福岛核电站的沸水反应堆,还是我国大多数使用的压水反应堆,其安全保障程度是类似的。

    压水反应堆效率高,但同时需要更多的水进行二次循环冷却。这种设计依赖外部的应急电源,而在福岛的事故中,电源成为阻碍,直到这两天,福岛所有6个机组才顺利接上外部电源。

    总体来说,由于核裂变反应是将所有的反应燃料放在一起,人为进行安全控制非常困难。而目前刚刚进入实验阶段的可控核聚变技术,是将核燃料放置在不同的管道,在反应发能时,才让这些材料同时进入一个真空的环境。

    这样,一旦发生紧急情况,操作人员将反应管道切断的同时,核反应同时停止,可控性很高。

    目前,部分国家已经投资参与此项研究,选择在西班牙进行这一新型反应堆的实验。