让核电站更安全

  ・方舟子・

  6月2日,日本宣布启动冻土壁工程,将花费320亿日元冻结在大地震及海啸灾难中受损的福岛第一核电站1至4号核电机组厂房周围约1.5公里的土壤,以形成“冻土壁”,从而阻断地下水流入厂房,避免地下水与高放射性核污水混合。

  2011年3月11日,日本发生9级地震,福岛核电站还在运行的核电机组自动停止工作。但是链式核裂变反应虽然停止了,此前产生的不稳定同位素仍然在继续衰变,核燃料棒还在产生大量的热量,还要继续通过供水对其冷却。在核电机组运行时,冷却系统是由核电供电的。核电机组停止运行后,冷却系统要由外部电网供电,但地震后电网中断。在设计时已考虑到这种情况,所以核电站还有应急柴油发电机可为冷却系统供电。意外的是地震引发海啸产生的海浪高度(14米)超出了挡浪墙高度(6.5米),淹没了厂房,柴油发电机仅运行了1个小时即被损坏,只有靠蓄电池紧急电源供电。8个小时后蓄电池耗尽,冷却系统停摆。

  之后,冷却水被衰变热烧干变成蒸汽,反应堆堆芯温度不断上升。堆芯原来有三道屏障防止放射性物质外泄。第一道是核燃料棒的锆合金密封包壳,第二道是不锈钢压力容器,第三道是钢筋混凝土安全壳。堆芯温度持续上升,最终导致堆芯的核燃料熔化,第一、二道屏障被破坏。锆合金与水蒸汽反应生成氢气,氢气浓度达到一定程度后发生爆炸,将安全壳炸开,第三道屏障也被破坏,放射性物质就被排放到大气中。此后,日本东京电力公司采取向核反应堆内进行大量注水的方法,用以冷却在核事故中溶毁的核燃料,三年多以来产生了大量的放射性核污水无法处理。

  福岛核电站事故成了继切尔诺贝利核电站事故之后最严重的核事故。类似切尔诺贝利那样的事故以后不可能再发生了,因为切尔诺贝利核电站是所谓第一代核电站,采用的是石墨堆叠式反应堆,而且既没有压力容器,也没有混凝土安全壳,发生爆炸后不仅核燃料立即泄露,而且放射性石墨粉末立即进入大气层,随风飘到远处。第一代核电站已被淘汰,所以不会再发生切尔诺贝利级别的核事故。现在在运行和建设中的核电站,至少是第二代核电站,都有三道屏障,那么还会不会发生像福岛核电站那样的事故?

  近日我参观了建设中的海南昌江核电站,即带着这样的疑问。核电站的工作人员保证说,不会再发生那种级别的事故。福岛核电站是上个世纪60年代设计的,50年后,核电站在安全性方面又有了很大的进步。昌江核电站是所谓第二代改进型,有17项安全改进。在福岛核电站事故之后,吸取其教训,又做了14项改进。例如,福岛核电站只有2台柴油发电机,而昌江核电站有5台柴油发电机作为应急电源,采取抗震设计,安置在高处避免被水淹。如果这5台柴油发电机全部失灵,还有第6台移动式柴油发电机备用。

  又如,福岛核电站的安全壳很小,而昌江核电站的安全壳高60米,直径30米,有5万立方米的空间,安全壳有6毫米厚的钢板和1米后的混凝土,可抗波音747飞机的撞击。安全壳内有消氢装置,用催化剂控制氢气浓度,避免发生氢气爆炸。安全壳顶部有喷淋装置,如果冷却系统失灵,可喷淋冷水降温降压(美中不足的是喷淋装置需要用到电源泵水。国内在建的第三代核电站有的采取的是非能动冷却系统,例如在反应堆顶部建有一个数千吨的硼酸水箱,在电力系统全部失灵时,利用重力注水降温)。在最坏的情况下,安全壳内充满了高温高压气体需要释放,还有金属过滤装置可过滤掉99%的放射性物质。

  想要做到万无一失或许是不可能的,不管是天灾还是人祸,意外总有可能发生。但是只要吸取了教训,就可以避免发生同样的事故,让事故的发生率和严重程度都越来越小。而如果不发生泄露事故,核能就是安全的清洁能源,在核电站周围生活的人们受到的核辐射,甚至比在火电站周围还要低(煤含有放射性元素),更不要说没有废气、二氧化碳的排放了。

  2014.6.4.

(《新华每日电讯》2014.6.6.)

(XYS20140611)

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