对核能发电的一些看法.doc

对核能发电的一些看法首先需要说明的是，本人并非核能专业毕业，也非从事相关工作。之所以此时发此贴，也就是希望在目前各种信息已经相对公开、客观、真实的情况下重新引发大家对核能这一技术的深层次思考，以下技术观点均为灾后对相关维基、论坛、博文的汇总以非专业者视角分析理解所得，希望起到抛砖引玉的作用，有误之处也望高人指点完善，方便大家共同提升。I.核能发电靠不靠谱目前世界上运行的二百多座反应堆中，按慢化剂和冷却剂的不同。主要有轻水堆和重水堆。其中作为主要堆型的轻水堆又分为压水反应堆（PWR）与沸水反应堆（BWR）福岛使用的主要是通用电气的mark 1沸水反应堆，我国建成的和在建的基本上为压水反应堆。从技术上讲，不管是沸水式还是压水式反应堆就其反应堆本身在正常环境下和正常操作下都可以说是可靠的。但是它的容错性很差，也就是经不起恶劣自然条件和人为失误的考验，三大核事故都证明了这点。特别体现在对反应堆非常重要的冷却系统，轻水反应堆的冷媒就是H2O(也就是水)，整个系统包括冷却用的水、管道、泵、各种阀门。那么问题来了，正常情况下这个体系也正常运转一旦遇上天灾（福岛核事故）、人祸(三哩岛核事故)，这个冷却体系发生损坏、不起作用（没电、没水）。会怎样呢？这里得先说说反应堆的三层安全设计,作为燃料棒的锆锡合金外壳是第一层护罩，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。压力容器是第二层护罩。这个是(炉子)主体,设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心并起到一定的保护作用。一个核反应堆的所有的这些“硬件”压力容器，各种管道，泵，冷却水，然后被封装到称为围阻体的第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩的设计，建造和测试只是为了一个目的：当核心完全熔融时，将其包裹在其中。为了实现这个目的，在压力容器（第二层护罩）的下方，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，这一切都在第三层护罩的内部。在冷却持续不起作用的情况下：阶段1.反应堆中原有冷媒(水)大量蒸发,同时因为高热水分子会分解为氧和氢(易爆混合气体)不泄压会发生爆炸,如果爆炸发生在安全护罩内放射性燃料大量外泄那就直接可以判断定为7级核事故(想想切尔诺贝利),发生在护罩以外一般问题不大(像福岛),但冷却水位持续下降会导致核心(核燃料棒)急剧上升.阶段2.当核心达到2200摄氏度,锆锡合金外壳的第一层燃料棒护罩开始熔融,核心外露释放出带有放射性的碘、铯的同位素，这些碘、铯的同位素可融于水，通过水蒸汽大量散发到外面大气中，事故等级上升 至少为4级。阶段3.当核心超过3000摄氏度，燃料棒本体开始熔融，融化的高温铀融毁压力容器坠入混凝土大碗。阶段4.融化的高温铀无法冷却，混凝土爆裂最终融穿围阻体，高毒铀、钚元素进入地下污染地下水系。事故等级升为7级。以上这些可能很多童鞋都已经了解了，通过4阶段分析 大家有没看出想把问题控制住不上升为事故（47级）只有把事态控制在第1阶段，也就是燃料棒护套熔融前一旦越过阶段1，核污染就不可避免，只是或大或小而已，（有人认为即使进入后三阶段也可以控制污染，这个后面咱们再讨论靠不靠谱）。那么通过福岛事件可以看出最关键的问题就是在冷却系统失效到第2阶段前，我们到底有多少时间。根据麻省理工Josef Oehmen 博士说法从冷却失效到核心融化（注意不是护套）几小时到几天内发生，（估计这个要根据是否停堆、停堆时间的长短判断)。也就是说第一层燃料棒护套发生融毁的时间更短。可以准确的告诉大家一旦没有水覆盖，那么暴露的燃料棒护套就会在 45 分钟后达到其 2200 摄氏度的熔点。以福岛一号堆来看从11日16时36分日本政府宣布进入“核能紧急事态” 到 隔日13时30分，1号机组附近侦测到放射性铯-137和碘-131，前后绝对不超过21小时，以12日10时30分（推断护套融毁）达到高峰值385.5 微希沃特/小时的来看， 我们只有不过18小时的时间！(很可能还包含有8小时为电池紧急供电)这里要说这个Josef Oehmen 博士不是太乐天就是太五毛是个促核党，他发的那个“我为什么不担心日本核电站”估计你们都看过，事实结果比他估计的严重的多。还有他说的那些个反应堆备用的冷却系统，我们也没看到发挥效果，也不知道什么原因都没起作用。那么综上所述就引发了两个问题，a.18小时内我们能不能力挽狂澜？b.如果大力发展核电遇到冷却失效的可能性有多大？ 先说问题a 说的明白点就是我们要做的事可能是 1.修复灾难中受损的管道 2.修复或替换无法运转的水泵3.补充已经流失冷媒（水）4.确保各阀门状态正常，操作正常。那么这些工作可以在18小时内完成吗？ 我不敢定论，这个受到很多因素影响，有灾难破坏大小的因素、有受损情况的因素、有国家和社会的因素、也有特殊情况下人的因素。但是通过几次重大事故发生在高效的发达国家来看，他们没能阻止事态的进一步恶化。几个因素里似乎最容易解决是水的补充，其实这个水可不是大家想象的江水、海水（非万般不得已不用）。反应堆冷媒必须是经过净化过的纯净水，普遍的水杂质多容易被中子活化后而具有放射性形成更多污染，另外还有个利益原因，一旦使用江、海水就意味杂质在管道中因无法清除而导致反应堆彻底报废，一个堆少则几十亿多则上百亿人民币啊。所以这也是福岛几个堆救援进展慢的部分原因。还有个问题反应堆一般都建在离水源近的地方，这就造成它们比较集中，一旦发生大灾难可能出现问题的不是一座电站，一座电站也不止一个堆。大家可以想象都失去控制. 18小时？. 你能救几个？再来说问题b 冷却失效的可能性，这个我不是学统计的，但可以用辩证思维下，说到核能让我想到人类的另一个低容错的高技术，就是老美的航天飞机，真正进入过太空服役的为5架，其中两架因故失事。这个概率还是挺高的。可直到目前美国还没让航天飞机完全退役。而历史上核电站事故美国只发生过一次，之后的30年美国却再没启动过新的核电项目。当然有因素是核电站事故危害大，但相反核能也带来巨大的经济利益，营运成本低。可以肯定老美是做过测算了，发展核电的风险高于收益。II.一旦燃料棒护套熔融，有没有办法将事态控制在5级事故以下之前讨论的4阶段都是前提为冷却失效的情况下，那么在18小时之后冷却开始运作会怎样呢。先说这个沸水反应堆（福岛的），现在唯一有效的应对措施就是硼酸+纯净水，不用水冷却事态就会近一步恶化，可是用水冷却又产生一个问题，因为护套已经熔融，会产生大量有放射性的蒸汽，主要成分是碘和铯的同位素，有碘-131 铯-134 铯-137 ，碘的短铯的半衰期长，铯-137为30年，也就是要经过600年（20个半衰期）才能无害。这样的蒸汽大量喷发怎么也不可能控制在5级事故以下了，如果给水供应不足还会近一步造成核心融毁，要知道核心的熔点只有3000摄氏度，水位因为蒸发不能覆盖燃料棒，温度一旦超过2200度很快就会越过3000度，这个时间大大低于之前护套熔融的45分钟。核心一旦融毁，那么就很有可能演变为7级事故，因为沸水堆的循环系统直接连接了堆芯和涡轮机，再注入冷却水 大量含有更高毒的铀、钚元素放射性污水可能外泄至反应堆外。这次福岛就发生了。Josef 博士提到过在围阻体里应该有个过滤放射性污水的装置，可悲剧还是发生了。再来说压水反应堆，设计上讲压水的可靠性高于沸水式，它由两个循环回路组成，连接堆芯叫一回路负责将堆芯的热量传导出来。推动涡轮机的是二回路，两个回路是相对独立的。一回路里还设计有个减压容器。同样的一旦作为主冷却的二回路失效，就会使一回路无法冷却而产生大量蒸汽，当压力超过减压容器上限时就必须开启泄压阀门以防发生爆炸。这样做就会导致水位下降，必须立即补水。同样长时间燃料棒外露一旦发生护套熔融，大量放射性蒸汽排出污染不可避免。由于压水反应堆一回路大部分在围阻体以内，相对沸水反应堆即使压力容器融毁，堆芯的铀、钚元素外泄的可能性较小。但要注意的是压水反应堆芯中的工作压力和温度都较沸水堆高，因此对反应堆材料性能的要求也较沸水堆更高。三哩岛事故的原因除了人为疏忽外，第二个就是机械故障。总结下来说，就是一旦18小时内不能控制事态，沸水堆、压水堆发生5级核事故不可避免，升级为7级核事故的可能性压水堆低于沸水堆。III.核废料处理假设使用3%铀-235 + 97%铀-238当燃料，通常废料是1%铀-235 + 95%铀-238 + 1%钚 + 3%其他放射性物质。这些好几万年都还危险的东西，造成每个国家很多的麻烦，要安全的处存它们是个很头痛的问题。国际上比较好的方法是使之玻璃化，先把废料与糖类物质混合后煅烧，而焙烧的目的就是要去除硝酸盐和蒸发掉多余的水份，以增加其稳定性。煅烧后所产生的成品(成品A)会被引入到一个充满玻璃碎片的熔炉，之后便把尚未冷却的液态混合物分批倒入圆形的不锈钢容器内。当它们冷却凝固时这些玻璃碎片把成品A结晶化成为一种高度防水(这样就能防止它们渗漏)的放射性玻璃。但即使有这样的技术也不能处理所有种类的核废料，而且依然要使用不锈钢容器焊接密封，依然要建立地下仓库存储，成本很高。再谈谈我国的核能吧，我能想到的几个问题1.人才缺口 现在运营的7座，在建的11座，还有25座规划中，可据说每年核能专业毕业400人。2.建造质量和材料的安全问题 这个不多说了你们思考吧 3.核废料的处理 老话题了 这个还真不了解有知道可以来谈谈 4.部门和法案 据说终于要立原子能法了，关键是还要有个独立、高效的核工业安全部门。还听说三代核电技