两代核反应堆

1、两代核反应堆所有的裂变反应堆都有一些共同的特点，而拟议中的增殖反应堆在许多方面都不同于目前商业用的那几种。在反应堆设计上的大多数公开的争论，都是围绕着反应堆堆芯，不仅有放射性而且也有热问题而展开的。因此除了屏蔽之外还必须进行冷却。冷却剂不管是水、气体还是液体金属，既从堆芯带走热量也带走放射性。现代的商业核动力反应堆都是用水来冷却的，但加拿大的安大略海琼公司则成功地运转了一个用重水（D2O，或氧化氘）作冷却剂，用未浓缩铀作燃料的大型核反应堆。在美国的商业核动力规划中只有轻水核反应堆（LWRs，Light water Reactors），顾名思义，这些反应堆的冷却剂是普通的水，虽然它们也可能用重水

2、作为中子能量的缓速剂（或吸收剂）。迄今尚未建造的（仅是拟议中的）增殖反应堆，属于新的一代反应堆，它的冷却剂将用液态纳而不是水，故通常称它为液态金属快中子增殖反应堆（LMFBRs，Lignid metal fast breeder reactors）。在轻水反应堆中，钚作为废物产生出来，其产率是每1000公斤核燃料约可生成79公斤钚；而在增殖反应堆中，钚的比例则提高了50以上，实际上生成的钚比消耗掉的还要多，既然钚不是由难得的同位素铀-235而是由普通的铀-238产生的，其经济上的节省就是相当可观了。大家知道，商业性轻水反应堆不能用普通的铀-238作燃料，而是用通过昂贵加工的铀-235富集铀-2

3、38来作燃料。轻水反应堆的危害我们已经知道，核反应堆的燃料不必浓缩到像核爆炸那样高的水平。不能把一个反应堆称作炸弹，因它是不易爆炸的。但另一方面，它可能会过热。如果反应堆中成吨的高放射性物质从反应堆里逃逸出来或者在生物圈内移动任何一点距离的话，都将会造成严重的辐射公害。我们这里指的公害仅对普通居民而言，并不包括核工厂里的雇员。1957年，英国的温斯克尔（Windscale）核电站曾经发生过一起重大事故，结果核放射性散落物遍及400平方英里之广（见下面的短论），幸而类似的事件迄今尚未在美国发生。短论：核事故1957年10月10日，位于英国西北沿海地区的温斯克尔钚反应堆正在进行常规的保养操作，已经

4、降低了反应堆周围冷气的流速，以便使石墨缓速剂升温，并调整因中子轰击而杂乱了的晶体。该厂的一个工人检查了温度监测装置，看来一切正常。但是他却没有注意到不受该安全装置监测的反应堆的一个部位已经过热，那个部位的燃料棒由于高热而起火并立刻爆烧起来。科学家和工人们立刻冲到现场，企图用二氧化碳去熄灭蔓延开来的火势，但这却是徒劳的。最后有人不顾可能会发生严重爆炸的危险提出用水灭火，这才终于扑灭了大火。其时，浓重的放射性气体烟云已从反应堆超载冷却塔（overloadedcooling tower）中逃逸出来，并在400平方英里的范围内扩散。侥幸的是，该地区主要是人烟稀少的草原，附近的居民并未受到具有危险程度的

5、辐照。但是，英国原子能管理委员会派出的审查员们直到事故发生34小时之后才想起要去检查在受污染的草原上放牧的奶牛的奶质。而当他们检查牛奶时，发现其中的放射性略高于公认的安全标准。为慎重起见，牛群被牵出了草原，并暂停分发温斯克尔附近的1150个牛奶场生产的牛奶。事故后生产出来的数以千计加仑的牛奶只好倾入海洋。这起已被公开调查的事故，引起人们对核能公害的警惕。1966年，在美国底特律附近的艾瑞可·费米（Enrico Fer-mi）核电站发生了一次事故。虽然没有从报废的反应堆中释放出辐射，但也已危险地接近爆炸边缘。密执安工程学会的科学家们设想：如果该厂所有的放射性物质都驱散到空气里的话，将会

6、有6.7万人死于放射性中毒；只要1的放射性就足以杀死210人，且非致死剂量的辐射会诱发各种严重的疾病，包括癌症和遗传性变异。所有这些核反应堆事故的发生都已事隔多年了。尽管核动力工业对近代反应堆的安全作了保证，事故仍照旧发生。最近的一起是在亚拉巴马州的布诺·佛里（BrownFerrg）反应堆发生的一次火灾，这是在一个工人用点着的蜡烛去检查漏气时（合乎标准的操作）发生的。一个尚未得到充分研究的危险是，如果轻水反应堆中熔融的反应堆燃料遇到反应堆容器里残存的水的话，就可能会发生猛烈的蒸汽爆炸。事实上，模拟试验表明，反应堆堆芯周围的钢制保护套不足以控制住蒸汽爆炸。在这之后，伏蒙特·耶

7、克（Vermont Yankee）反应堆只得在1976年停工。正如研究员凯文·P·谢伊（KevinP.Shea）、劳伦斯·D·巴克斯顿（LawrenceD.Buxton）和劳埃德·S·纳尔逊（LloydS.Nelson）所评论的那样：“所有那些引起蒸汽爆炸的条件至今还未弄清楚”；因此，并未消除核电站发生事故的可能性，特别是因为人为的错误而引起的那些事故。反应堆通常总要有一定量的放射性进入周围大气里去，因此，对原子能委员会给这些发射物制订的标准是否太低的问题，长期以来争论不休。1969年，约翰·W·戈夫曼（JohnW

8、.Gofman）和阿瑟·R·坦普林（ArthwrR.Tamplin）这两位实际上在原子能委员会任职的核科学家开始发表一系列文章，以其“有毒的动力：反对核动力的理由”（Poisoned Power：The Case Against Nuclear Power，1971年）一文而登峰造极。他们有力地证明了，原子能委员会对允许的放射线辐射剂量订的标准大约高了十倍之多。如果在此标准下照射30年，则将增加1.6万个癌症和血癌的病例。应该强调的是，原子能委员会的允许辐照水平已经是很低的了事实上大约相当于人们从医用放射源或天然放射源接受到的辐照水平。然而，正如谢尔登·诺维克（S

9、heldon Novick）已指出的，因此而去怀疑那些以此谋生的人们的健康是没有什么意义的，除非给他们的总福利在某种意义上也值得怀疑。整个争论至少算是暂时解决了，因为实际上原子能委员会已接受了戈夫曼和坦普林的意见，开始对低剂量辐射加以管理，即反对任何数量的一切不必要的低剂量辐照。但这并不是说，商业核动力的常规生产就没有问题了。例如，1975年1月8日位于伊利诺斯州莫里斯附近的德雷斯顿（Dresden）核电站里的工人们，在反应堆堆芯紧急冷却系统中一个不锈钢管部件上发现了裂缝。据国家观测员威廉·J·兰诺特（WillianJ.Lanouette）说，发生事故时也曾发现过这种裂缝；

10、而反应堆的正规检漏系统却没检查出来。德雷斯顿反应堆是“沸水式”的，即在反应堆堆芯直接使水沸腾成蒸汽。美国一共有23个这类生产用的反应堆，其中3个在德雷斯顿工厂，20个在其他地方。于是，核管理委员会在1月29日命令所有23个反应堆停工检修。始终没有证据证明有任何人曾遭到这些事件或类似意外事故的伤害（对核电站或其他核工厂中的工人来说又当别论，但这个问题已超出本章的范围），故而，核动力方面的环境批评家们开始更多地着眼于假想的核事故，特别是那些能酿成大祸的假想核事故。核电站可能发生的最坏的核事故也许就是由于反应堆堆芯的常规冷却系统或紧急冷却系统失效而引起的所谓反应堆堆芯“熔毁”。一旦发生熔毁，就会释放

11、出大量的放射性物质并扩散到广大的区域之内。至于是否也会发生爆炸则有不同的看法，核管理委员会认为，爆炸谈何容易！甚至不能用爆炸这个词，而宁可说反应堆堆芯的“崩裂”。液态金属快中子增殖反应堆的危害大家知道，增殖反应堆优于轻水反应堆的两大优点是，其一，它用未浓缩铀-238加上从轻水反应堆燃料废物中回收的钚作为燃料，因此价格要便宜得多；其二，按推测生成的钚将比作为燃料消耗掉的钚还要多。据哈罗德·P·格林（HaroldP.Green）和艾伦·罗森塔尔（AlanRosenthal）说，在1956年，原子能两院联合委员会（Joint Committe on Atomic Ene

12、rgy）曾试图说服原子能委员会发展一种既能生产钚又能发电的反应堆。令人啼笑皆非的是原子能委员会竟回答说，这样的反应堆“可能会既不能有效地生产钚又不能发电”。钚是人造元素，地球上还未发现何处有钚矿。1956年两院联合委员会还在为没有足够的钚来满足武器计划的需要而担心，但不久便弄清了用钚作为反应堆燃料的潜力。钚是极毒物质，这就给利用这种较廉价且又耐用的燃料带来了不利之处。吸入1克的钚就足以致人于死命，而一个增殖反应堆核电站应当拥有1吨以上的钚。不消说，在核工厂必须进行的大量运输和储存钚的过程中如何解决潜在的危险性这个问题还是个难题。厂内可能会发生核爆炸，是液态金属快中子增殖反应堆的另一个主要公害。

13、对这种可能性一直争论纷纷。快中子增殖反应堆的批评者们认为，它是建立在远比轻水反应堆危险得多的技术基础上的。虽然这一批评的细节只有核工程师们才易于理解，但它的要点已相当清楚。快中子增殖反应堆之所以称为“快”，是因为它不需要缓速剂，亦即不必为发生核链反应而使中子减速。轻水反应堆则必须有缓速剂，通常是由冷却系统中的水来供应。如果冷却系统失效，反应堆堆芯会变得过热，但核反应也会因吸取了缓速剂而中止，因此不可能发生控制不住的核反应。另一方面，一些专家认为，如果在液态金属快中子增殖反应堆中失去冷却剂金属钠，就意味着加速核反应。托马斯·科克伦（ThomasCochran）及其助手们说（1975，P.14）：在出事故的情况下，液态金属快中子增殖反应堆的运转，对燃料的移动和对堆芯部分失去冷却剂都是极其敏感的，结果可能会导致爆炸式的反应堆失控。当发生“熔毁”时，增殖反应堆中高度浓缩的核燃料，可使自己重新排列成更加紧密的构型，并可能发生一次足以击破反应堆安全套的小型核爆炸。在确定增殖