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作者:田力 发布时间:2018-06-29   来源:电力网

  在促进核电发展和核能供热的工作过程中,只要是非核专业的人士,无论学历高低、职位高低,总是对核能心生恐惧。我会追问“到底怕什么?”,回答说害怕“放射性”或“核辐射”。

  为什么害怕呢?是因为舆论对于人类历史上几次核事故的宣传和渲染。年纪大一些的知道前苏联的切尔诺贝利核电站事故,今天的大家都知道2011年3月的日本福岛核电站灾难。

  无处不在的放射性

  实际上,我们人类所赖以发育和生存的地球就是一个天然的具有放射性持续释放特性的大型核反应堆。地球内部巨大的热量到底是从哪里来的呢?据科学家们的分析,主要是来自于放射性元素的衰变。比如U、Th、K等元素都有一些放射性的同位素,衰变的时候会产生大量的热量。这种能量的产生主要集中在大陆地壳中,约占大陆地区地表热流的一半。虽然现在理论认为地幔和地核中放射性元素含量较低,但是因其体积很大,产热也是很可观的。

  地球上动植物和人类赖以生存生长的阳光,来自于太阳,太阳上之所以能发出如此巨大的能量,是因为太阳上的核聚变反应。太阳光属于热辐射,是有温度的物体辐射出的电磁波,可在真空中穿行。究其根源,也是核辐射。

  所谓核辐射,是指原子核发生变化时的产物,由一种核变为另一种核的过程中,除了两种核之间的变化,还会附带产生其他粒子流,如α粒子(氦原子核),β粒子(电子流),γ粒子(实质是波长很短,能量很高的射线),还有一些电离辐射会包括质子,电子等。一般的核辐射就是指这些高能粒子,射到人身上会破坏细胞,导致遗传物突变等等。

  尽管核辐射过量会对人体有所伤害,但是在一定数值以下,是绝对安全的,甚至是不可或缺的。因为人类无时无刻不在接受着各种天然射线的照射,如宇宙射线,存在于土壤、岩石、水 和大气中的铀-238、铀-235、钍-232、钾-40、镭-226等,这些天然射线对人体的照射就是天然本底辐射。我国公众现在所受天然辐射平均年有效剂量为3.1毫希弗(数据来源:《中国辐射水平》,潘自强、刘森林著,原子能出版社,2010年)。

  除了自然界中的天然放射性,生活中还有很多物品是带有放射性的。比如花岗岩。纽约中央火车站是全球最大的火车站之一,该站的放射线水平格外高,其原因就是由于该站建筑物的外墙和地基采用了含有大量天然放射性物质的花岗岩。该站释放出来的放射线水平已经超过了核电站所容许的放射线水平上限。再比如,巴西产的花生是世界上放射线浓度最高的食物之一。有研究显示,贪吃这种花生,人易疲劳,尿液检测时还会发现明显带有放射性。因为这种花生的根系在土壤中扎根很深,大量吸收了深层土壤含有的天然镭元素。还有瘾君子口中的香烟。多数香烟都含有钋210、铅210等放射性物质。香烟的生产过程中,上述放射性物质会残留在烟叶上,吸烟者点火吸烟就会把放射性物质带入体内,即便放射性物质浓度低,久而久之也会慢慢蓄积在脏器内,造成持久伤害。

  人类的很多活动都离不开放射性。例如,人们摄入的空气、食物、水中的辐射照射剂量约为0.25毫希弗/年。带夜光表每年有0.02毫希弗;乘飞机旅行2000公里约0.01毫希弗;每天抽20支烟,每年有0.5-1毫希弗;一次X光检查0.1毫希弗等等。

  核设施的辐射防护

  随着人类对自然认识的深化,对自然界物质开发利用的深度也在不断增加,同时随着生活水平的提高,对能源的需求量也在快速攀升。爱因斯坦的质能转化公式(E=mC2)的提出,使得人类从物理能量、化学能量的利用进入了原子能利用时代。原子能武器的一大功劳就是快速终止了第二次世界大战。紧接着,从上世纪五十年代起,威力巨大的核裂变能就由核武器利用转向了和平利用。那么如何做好安全防护、确保核安全呢?

  首先,发生裂变反应释放热能的核燃料,为圆柱状UO2芯块,其中,可裂变材料235U的浓度只有2-4%,芯块熔点高达2800oC,辐照稳定性好,经长期辐照能保持其稳定的尺寸和形状。一组燃料芯块又封装在燃料棒中,燃料棒包壳为锆合金材料。确保了正常情况下裂变产物不会跑到包壳外面。

  备注:2010年5月23日,大亚湾核电站监测发现,一回路冷却水放射性碘核素和放射性气体异常性上升,5月28日放射性水平达到平衡并保持稳定,初步判断有一根燃料棒的包壳可能存在微小裂纹,已经中电(香港中华电力有限公司)发言人证实。发言人续指,大亚湾核电站运作没有受事件影响,也没有导致大亚湾核电基地及周边地区放射性水平升高,更没有对外界导致核泄漏。

  对于核电站而言,由多根燃料棒组成的燃料组件放置在压力壳中,压力壳内承受了300多度的高温和150个大气压。压力壳和一回路主管道以及蒸汽发生器又安置在安全壳内,安全壳为预应力混凝土结构,对内可防止事故情况下的高温高压蒸汽及放射性物质的泄漏;第三代核电在安全壳外又增加了一层钢筋混凝土安全壳,对外可承受商用飞机的撞击。

  第三代核电站之所以安全性大为提高,当然也是吸取了前苏联第一代的切尔诺贝利核电站事故的教训,以及日本福岛第二代核电站灾难的教训。

  备注:国际原子能机构定义福岛核电站事件为灾难而不是事故,是因为地震发生后,所有的核电运行安全措施全部自动启动,反应堆已经处于安全停堆状态。只不过随之而来的海啸淹没了置于地面以下的柴油发动机,导致用于驱动循环水、带走余热的柴油发电机停转,导致反应堆堆芯过热,燃料棒破裂,燃料棒锆包壳中的锆与水在高温下发生化学反应,产生了大量氢气,是氢气爆炸,炸开没有设置安全壳的普通厂房,导致放射性物质泄漏。

  对于用于集中供热的开口常压的池式堆,安全性则大为提高,已经到了固有安全的阶段。即在运行过程中,一旦万一操作失误或者厂区停电导致失去控制,随着池内温度的升高,燃料系统的反应性会自动下降,直至停止运行。同时由于池内存有足够多的水,有足够长的时间补充冷却水、排出余热并处理故障,不会产生堆芯熔化事故,堆芯熔化是核能装置最为严重的事故。所以这个优点概括为“零堆熔”。

  池式堆主体部分置于地下,与核电站相比,对地质条件要求有所降低,抗震能力增强。中子在泳池内水中运动、轰击燃料芯块促发裂变反应,与核电站相比,由于功率水平约为核电站的十分之一,所以,一回路中的放射性水平也较低。一回路中的热量通过板式换热器交换给二回路,二回路中水的热量通过板式换热器交换给三回路,三回路的水就是进入热力主管网的水。由于二回路中的水的压力略高于一回路,所以,即使换热器万一发生泄漏,一回路中的水也不会跑到二回路中来。确保放射性物质保持在一回路内。对于居民用户而言,感受到的只是和其他各种热源加热的热水一样的热水,而且它们是混合在主管网中难分彼此的。

  公众关心的乏燃料又是如何处理的呢?首先由于池式供热堆总热功率较小,因此燃料总装料量就比较小,约为核电站的十分之一。又由于每年主要在冬季工作,因此换料周期约为两-三年换一次,一次换下5-6吨。先是放置在池式堆内,过几年再转移到供热站厂区内的乏燃料水池中,这时燃料棒的放射性只需要泡在水池中就可以保证不泄露到自然界中。必要时由专业公司运输到国家统一的乏燃料储存与处置基地。我们曾经参观过存放了大量核电站乏燃料的位于嘉峪关外的国家乏燃料处置基地,那些乏燃料就平静地躺在开口水池中,周围并无放射性水平的额外提高。

  公众还关心60年运行期后的核设施及厂区退役问题。其实,由于系统简化、设备数量远远少于核电站,加上水池屏蔽效应明显,退役时厂区的放射性源项及其放射性水平远远低于核电站。因此厂区很快就可以恢复绿色复用。对环境影响的长期性远远小于生产有毒化学品的化工厂。

  医院中的放射性

  要说生活中哪里最安全,名列前茅的就是民用核设施,不仅有强大的安保系统,而且对于环境放射性的监控十分严格,企业对于安全生产也是最为重视,安全管理水平也是各行各业中最高的。尤其是中国的核工业领域,安全运行记录是全世界最好的。

  从放射性安全的角度来说,人生重病、尤其是癌症之后,在医院里面接受检查和治疗期间“吃”进去的放射性剂量是最多的。从搜集到的数据看,做一次胸部X光透视,接受的剂量为10-20微希弗,做一次胸部CT,接受的剂量可高达6毫希弗。做一次时髦的PET-CT,接受的剂量可高达20毫希弗,这可是放射性工作者一年的剂量上限啊!一些进入人体用于检查诊断和治疗的同位素药物,放射性剂量更高。所以那些谈“核”色变的人士,得了癌症后,找关系住医院做检查做治疗的积极性一点儿不比别人差。真可谓是:身在“辐”中不知“辐”,病危方知“核”为贵。

      关键词:区块链, 田力,核能,核电


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