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核能知识
“二百五”的说法是无稽之谈 ??核电站事故与原子弹之比较
时间:2018年04月17日 来源:本站 作者:郝东秦 汤紫德 点击量:2088 分享:

    前不久,有一位名人在媒体上公开宣扬,说:核电站严重事故影响力相当于250个原子弹危害人类和环境。此言骇人听闻,却毫无依据可循,其基本观念和取值方法都是错误的。由于远离事实真相,其观念虽不为广大公众接受,却在客观上,误导了少数不明真相的人畸生诸多莫名其妙的误解,很不利于我国核能和平利用及核电事业的健康发展。

  我们应倡导摆事实、重数据、讲道理、说真话,去伪存真,以正视听。

  一、比较核电站事故与原子弹要从实际出发

  我们知道,核能应用主要分为两大类,一是制造核武器,二是推进核能和平利用。二者的发展方向、技本目标、社会认同、市场地位各不相同。在社会发展、能源需求增长以及保护环境目标的推动下,追求改善能源结构,人类选择了开发核能和平利用,选择了发展核电事业。

  核电站和原子弹的能量来源都依赖于原子核结合能的释放。目前,核能应用大都是通过235U及少量238U核裂变产生的。核裂变元素的存在是维持核裂变的根本机制和源头,是产生核裂变能、开发核能和平利用的基本因素。

  随着核能和平利用范围的拓宽,其中核裂变能应用形式主要用于核能发电、核动力装置,以及核能供热、制冷、制氢、海水淡化。此外,还包括生产各种用途的同位素,提供核辐照源等。核衰变能(放射性同位素照射)被更加广泛地应用于工业探伤、农用育种、医疗卫生、食品保鲜、刑事侦察等广阔领域。

  原子弹核爆,其灾害效果通过几种方式传播:爆炸冲击波、光辐射、热传导、核辐射和强电磁脉冲等,以及缓发核辐射,放射性同位素(包括长寿期放射性核素)散落污染。

  核电站的设计、建造和运行都有系列安全保障,事故率极低,出现放射性物质泄漏严重事故的风险都控制在10-6~10-8之下,并有相应措施阻止或延缓事故的发生,使其对环境的影响最小化。1979年美国三里岛核电站发生严重事故后,人们有过阻止放射性物质泄漏的成功经验,随后又不断在其基础上做了更多改进,使后续新建核电站的安全水平有了更大提高,人们可不必担心放射性物质外泄,构成对环境的严重污染,更不必担心有“250个原子弹”核爆那般制造灾难,危害人类和环境。

  因此,比较核电站事故和原子弹爆炸是一个倍受各界关注、既严肃又敏感的问题。涉及这项比较时,应以科学严谨的态度,依据事实,从实际出发,从中做出具体分析、逐一说明,还必须对核电安全技术不断进步的现状有较充分了解,负责任、有担当地进行比较,不可随心所欲、信口开河、混淆是非。

  二、核电站事故与原子弹爆炸有天壤之别

  为了比较核电站事故与原子弹两者作用,我们选择两个具有典型意义实例:

  原子弹,选择最早、相对威力最小,即二战时美国投放日本的两颗原子弹;

  核电站事故,选择影响最大的切尔诺贝利核电站4号机组事故。

  我们知道,原子弹引爆后,超瞬发临界爆发不可控核反应,以多种方式释放能量,以达到杀伤敌人的目的。1945年8月美国投掷日本广岛原子弹,一次杀伤当地居民14.5万人,其中当场毙命6.8万人,整个城市成为一片废墟。

  而核电站投运后,核反应堆始终维持在缓发临界附近受控状态,徐徐释放核能,并转换为热能和电力,供应千家万户。即使出现故障,也会有多层防护、屏蔽,消除故障或促其减缓至最小影响。

  世界核电发展六十余年来,有过三次核电站严重事故,其中危害最大的切尔诺贝利4号机组,由于它采用了存在设计缺陷的石墨水冷反应堆,安全设防也不完备,核岛厂房未设置安全壳,以致在人因失误引发超临界严重事故时,堆芯熔化产生的氢气、水蒸汽及石墨混合燃烧爆炸,连同少许核燃料被抛出厂房,但在事故处理过程中,绝大部分被抛出物都适时回收封棺,集中填埋处置。

  在切尔诺贝利核电站严重事故中,有31名现场及参与救灾人员不幸遇难。

  其它两次核电站严重事故,一次发生在美国三里岛核电站,因人员操作、设备故障导致堆芯融化;另一次发生在日本福岛,因地震、海啸导致核电站严重事故。这两起事故都没有因辐射致人员死亡的纪录,只有放射性气体和低放废液泄漏。

  可见,核电站事故与原子弹爆炸对社会和公众的影响存在着受控和不受控的天壤之别,不可混为一谈。

  此外,由于切尔诺贝利核电站采用存在设计缺陷的石墨水冷反应堆,安全设防不完备均在后来进行了重大修改,旧的设计技术被新建核电厂淘汰出局。对于目前全球在运和新建核电站中,切尔诺贝利核电站机型不具任何代表性,不能代表或客观反映现在运行核电安全性的实际水平和状态。而宣扬“核电站严重事故影响力相当于250个原子弹危害人类和环境”的名人,却有意扭曲其中数据,贬低核电安全,这对核电来说是不公平的,也是不负责任的。

  三、鉴别核电站事故与原子弹爆炸差异的主要数据

  以下,我们联系实际,选择早期原子弹和切尔诺贝利4号反应堆严重事故相关数据进行比较,为后续分析进行铺垫、提供参考。

早期原子弹和切尔诺贝利核电站事故主要数据列表

  从实际数据分析,最严重的切尔诺贝利核电站事故(有人员伤亡)的影响深度尚且如此,其它核电事故影响自然轻危许多。

  四、250倍的来历与解读

  本文开头,引用了一位名人之言──“核电站严重事故影响力相当于250个原子弹危害人类和环境”。这个“250”从何而来?

  为说明这个问题,首先,我们需要认识或重温两个并无关联的数据:其一,常见教科书或文献介绍原子弹铀装料为20~25kg高富集铀;其二、有人估算,切尔诺贝利核电站发生事故时,反应堆爆炸曾抛出5~6t飞溅物。我们知道,当时抛出的飞溅物中包括堆芯石墨等结构材料,并非都是铀燃料,即便是铀燃料,它的富集度也不过2%左右,与原子弹的高富集度(80~90%)装料相比差距很大。在如此情况下,竟然被牵强附会地用于“学术”比较,做出令人咋舌的荒谬结论,即所谓核电站事故的影响是原子弹的250倍!这大概就是“250”的来历。

  以下,我们针对上述结论,结合已经给出的早期原子弹和切尔诺贝利4号机组反应堆严重事故相关数据,进行如下分析,以辨真伪。

  1.我们知道,原子弹是大规模杀伤性武器,其危害将造成大量人员死亡,建筑设施被摧毁,大片土地、水资源遭受核污染等;而核电站是推进核能和平利用、改善能源结构的重要途径,具有极高的安全性,风险极小,即使发生事故,其影响大都处于受控状态,可实际消除大量放射性释放。

  2.核电站事故或原子弹的危害及影响,主要是铀(钚)核裂变引起的,而不是由相关物质的重量之比推算出来的。严格来讲,应当首先以投入裂变的235U实际质量进行比较。参阅上表“释放裂变235U”栏,已清晰表明:原子弹核爆参与裂变的235U为0.8~1.2kg,而切尔诺贝利核电站4号反应堆抛出物中仅1.23kg235U,两者相比,质量十分接近,哪有250倍?

  其二,比较核裂变产生的能量。核电站的核裂变(燃耗)是受控的,且都在反应堆内进行,产生的能量大都以热的形式及时转换为蒸汽发电向外输送,一旦出现不测,反应堆会立即停堆,堆内所剩能量只是余热。因此,核电站发生事故时,即使还有核裂变反应存在,也只有极少量的裂变能量(总计小于7%),而原子弹核裂变能的释放全部集中在爆炸瞬间。可见,核电站事故和原子弹爆炸能量的释放状态及其影响力截然不同,不宜置于同一平台进行类比。

  3.250倍的比值是原子弹高富集度铀(>90%)装料与核电站反应堆低富集度铀(~2%)燃料抛出物重量的比较,既不是裂变235U质量的比较,也不是产生核裂变能量的比较。所谓名人竟然以讹传讹,以原子弹爆炸威力及后果,骇人听闻地强加于核电站事故。因此以上比较,不仅取值牵强附会,更暴露其基本观全然错误。

  我们对真实情况做过认真分析,表明:原子弹和切尔诺贝利4号反应堆爆炸抛出物中所拥有的裂变物质量相近,但二者呈现的能量释放状态及其影响力相差甚远,也毫无可比性,更何况事故后对抛出物随即进行了回收处置。

  4.原子弹爆炸能量(包括核辐射和光辐射等)大都在爆炸瞬间释放,只有缓发放射性和长寿命放射性核素的作用在事后继续发生。而核电站燃料裂变均在事故前发生,并在反应堆内已及时转换为热能、电力传送出去。事故发生时,堆芯核反应已经停止,剩余核能释放量极少。在切尔诺贝利4号机组事故后处理过程中,首先收集爆炸时抛出的燃料碎块(包括铀裂变产物固体形态部分)全部装入石棺进行封闭,再掩埋加以覆盖,使其控制在事故现场小范围之内。而且,事故爆炸时抛出的燃料在堆外滞留的时间是短暂的,遗留量极少(绝非5~6t),并已采取措施,尽力减少了对环境的影响。

  五、长寿命(半衰期)放射性对环境的影响

  核裂变反应及中子辐射产生长寿命放射性同位素,主要是超铀元素和99Tc、129I等。

  1.超铀核素主要包括:

  超铀核素在反应堆内产额低,尤其是在低燃耗运行时,总量远<0.07%(除可在后处理时回收的235U和239Pu外)。

  2.裂变产物中长寿命放射性核素有:

  较长寿命85Kr(10.7年)、90Sr(28年)、137Cs(30年)

  长寿命128I(1700年)、99Tc(213年)、14C(5760年)(非产物)、14N(n.p)

  裂变产额<3%,燃耗值较低的燃料中较少,长寿命放射性同位素在裂变产物中比例虽然很低,但污染危害时间很长。

  3.核电站的长寿命裂变产物核素和超铀核素,绝大部分核素均为固体形态,存在于乏燃料中。主要存在的剩余铀U和新产生钚Pu,在乏燃料后处理过程中回收,回收率可达99%以上。

  核电站乏燃料后处理过程中形成的强放射性溶液中,铀、钚沉淀分离后,将包括长寿放射性核素溶液(强放)玻璃固化后送放射性废物永久处置场贮存;在不进行乏燃料后处理的国家,对以上生成物与燃料一并实行贮存监管。

  4.核电站由于设置压力容器和安全厂房,加之燃料芯块及其金属包壳管的屏蔽作用,事故状态下燃料能量不可能释放出来,只有极个别早期核电机型在最严重事故中发生过一次,即切尔诺贝利4号反应堆。那是在一次常规试验中,由于忽视了必要的安全监控而诱发的一次严重事故,释放出携带少量剩余衰变能的燃料5~6t,其长寿期放射性核素和固态裂变产物中的长寿命核素均存在于乏燃料中。这类物质都在切尔诺贝利核事故处理中收集回笼,并先后数次将反应堆加铅覆盖、加混凝土封闭,已大大减少后来对周边的影响。

  5.核电站堆芯熔化事故概率已从切尔诺贝利反应堆的10-3~10-4/堆年,改进降低至10-5~10-6/堆年之下。

  当今,核电站安全性已有极大提高,其堆芯熔化概率下降,甚至释放裂变燃料的可能性已基本消除。

  六、正确辨别铀存储、核燃料、裂变能与环境的关系

  全世界已探明铀矿资源1640万吨,地壳中含铀平均1×10-6,海洋中含铀量估计达数十亿吨,平均含铀率3×10-9左右,由于天然铀中235U富集度(丰度)仅为0.71%,在自然界又不具备裂变条件(自发裂变极少)。因此,自然界铀存量虽多,但其密度小、丰度低,不会引发裂变、释放核能,对环境也不会产生明显影响。说明以铀数量的多少来度量核事故损害的大小,那种以铀重量的简单比值,推断出核电站严重事故曾抛出的5~6吨核燃料的危害,比原子弹的影响大250倍的结论没道理、不科学。

  据世界核太阳集团最新统计,截至2016年上半年,全球共有30个国家运行444台核电机组,已累计运行16386堆年,产生的乏燃料近20多万tHM。核电站燃料的核裂变发生在反应堆内。核能在受控的条件下转化为热能形式被利用或被冷却,产生的乏燃料所带的放射性和衰变热只是裂变释放能量的很小部分,经过在核电站暂存5~10年后,剩余的衰变能更少,且全都随乏燃料被贮存或处置。有关乏燃料贮运、贮存、处置设施,国家及实施单位都有严格监管,对环境的影响,都会被控制在允许范围限值以内。

  美国、法国、俄罗斯、日本、韩国、印度等国发展核能较多,库存的铀金属、浓缩铀和乏燃料量很大,除印度外,大都超过我国,有的国家也发生过核事故,他们并未因此无端渲染,制造“核电站事故危害大于原子弹”的恐怖言论。

  最后,借用科学家奥本海默在首次观察到原子弹爆炸出现火球时十分感慨,曾说:其光芒“只有一千个太阳才能与其争晖”。微妙地形容原子弹以其235U高密度、高丰度,高速核裂变向外全部释放所观察到的巨大火球的特点,其影响肯定胜过核电站最严重事故数千倍。那个本末倒置,把核电站事故比作250个原子弹的言论是多么荒诞而不着边际,完全缺乏理论和实践的支持。

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