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核能科普知識
“二百五”的說法是無稽之談 ??核電站事故與原子彈之比較
時(shí)間:2018年04月17日 來源:本站 作者:郝東秦 湯紫德 點(diǎn)擊量: 分享:

    前不久,有一位名人在媒體上公開宣揚(yáng),說:核電站嚴(yán)重事故影響力相當(dāng)于250個(gè)原子彈危害人類和環(huán)境。此言駭人聽聞,卻毫無依據(jù)可循,其基本觀念和取值方法都是錯(cuò)誤的。由于遠(yuǎn)離事實(shí)真相,其觀念雖不為廣大公眾接受,卻在客觀上,誤導(dǎo)了少數(shù)不明真相的人畸生諸多莫名其妙的誤解,很不利于我國核能和平利用及核電事業(yè)的健康發(fā)展。

  我們應(yīng)倡導(dǎo)擺事實(shí)、重?cái)?shù)據(jù)、講道理、說真話,去偽存真,以正視聽。

  一、比較核電站事故與原子彈要從實(shí)際出發(fā)

  我們知道,核能應(yīng)用主要分為兩大類,一是制造核武器,二是推進(jìn)核能和平利用。二者的發(fā)展方向、技本目標(biāo)、社會認(rèn)同、市場地位各不相同。在社會發(fā)展、能源需求增長以及保護(hù)環(huán)境目標(biāo)的推動下,追求改善能源結(jié)構(gòu),人類選擇了開發(fā)核能和平利用,選擇了發(fā)展核電事業(yè)。

  核電站和原子彈的能量來源都依賴于原子核結(jié)合能的釋放。目前,核能應(yīng)用大都是通過235U及少量238U核裂變產(chǎn)生的。核裂變元素的存在是維持核裂變的根本機(jī)制和源頭,是產(chǎn)生核裂變能、開發(fā)核能和平利用的基本因素。

  隨著核能和平利用范圍的拓寬,其中核裂變能應(yīng)用形式主要用于核能發(fā)電、核動力裝置,以及核能供熱、制冷、制氫、海水淡化。此外,還包括生產(chǎn)各種用途的同位素,提供核輻照源等。核衰變能(放射性同位素照射)被更加廣泛地應(yīng)用于工業(yè)探傷、農(nóng)用育種、醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮、刑事偵察等廣闊領(lǐng)域。

  原子彈核爆,其災(zāi)害效果通過幾種方式傳播:爆炸沖擊波、光輻射、熱傳導(dǎo)、核輻射和強(qiáng)電磁脈沖等,以及緩發(fā)核輻射,放射性同位素(包括長壽期放射性核素)散落污染。

  核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行都有系列安全保障,事故率極低,出現(xiàn)放射性物質(zhì)泄漏嚴(yán)重事故的風(fēng)險(xiǎn)都控制在10-6~10-8之下,并有相應(yīng)措施阻止或延緩事故的發(fā)生,使其對環(huán)境的影響最小化。1979年美國三里島核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后,人們有過阻止放射性物質(zhì)泄漏的成功經(jīng)驗(yàn),隨后又不斷在其基礎(chǔ)上做了更多改進(jìn),使后續(xù)新建核電站的安全水平有了更大提高,人們可不必?fù)?dān)心放射性物質(zhì)外泄,構(gòu)成對環(huán)境的嚴(yán)重污染,更不必?fù)?dān)心有“250個(gè)原子彈”核爆那般制造災(zāi)難,危害人類和環(huán)境。

  因此,比較核電站事故和原子彈爆炸是一個(gè)倍受各界關(guān)注、既嚴(yán)肅又敏感的問題。涉及這項(xiàng)比較時(shí),應(yīng)以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,依據(jù)事實(shí),從實(shí)際出發(fā),從中做出具體分析、逐一說明,還必須對核電安全技術(shù)不斷進(jìn)步的現(xiàn)狀有較充分了解,負(fù)責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行比較,不可隨心所欲、信口開河、混淆是非。

  二、核電站事故與原子彈爆炸有天壤之別

  為了比較核電站事故與原子彈兩者作用,我們選擇兩個(gè)具有典型意義實(shí)例:

  原子彈,選擇最早、相對威力最小,即二戰(zhàn)時(shí)美國投放日本的兩顆原子彈;

  核電站事故,選擇影響最大的切爾諾貝利核電站4號機(jī)組事故。

  我們知道,原子彈引爆后,超瞬發(fā)臨界爆發(fā)不可控核反應(yīng),以多種方式釋放能量,以達(dá)到殺傷敵人的目的。1945年8月美國投擲日本廣島原子彈,一次殺傷當(dāng)?shù)鼐用?4.5萬人,其中當(dāng)場斃命6.8萬人,整個(gè)城市成為一片廢墟。

  而核電站投運(yùn)后,核反應(yīng)堆始終維持在緩發(fā)臨界附近受控狀態(tài),徐徐釋放核能,并轉(zhuǎn)換為熱能和電力,供應(yīng)千家萬戶。即使出現(xiàn)故障,也會有多層防護(hù)、屏蔽,消除故障或促其減緩至最小影響。

  世界核電發(fā)展六十余年來,有過三次核電站嚴(yán)重事故,其中危害最大的切爾諾貝利4號機(jī)組,由于它采用了存在設(shè)計(jì)缺陷的石墨水冷反應(yīng)堆,安全設(shè)防也不完備,核島廠房未設(shè)置安全殼,以致在人因失誤引發(fā)超臨界嚴(yán)重事故時(shí),堆芯熔化產(chǎn)生的氫氣、水蒸汽及石墨混合燃燒爆炸,連同少許核燃料被拋出廠房,但在事故處理過程中,絕大部分被拋出物都適時(shí)回收封棺,集中填埋處置。

  在切爾諾貝利核電站嚴(yán)重事故中,有31名現(xiàn)場及參與救災(zāi)人員不幸遇難。

  其它兩次核電站嚴(yán)重事故,一次發(fā)生在美國三里島核電站,因人員操作、設(shè)備故障導(dǎo)致堆芯融化;另一次發(fā)生在日本福島,因地震、海嘯導(dǎo)致核電站嚴(yán)重事故。這兩起事故都沒有因輻射致人員死亡的紀(jì)錄,只有放射性氣體和低放廢液泄漏。

  可見,核電站事故與原子彈爆炸對社會和公眾的影響存在著受控和不受控的天壤之別,不可混為一談。

  此外,由于切爾諾貝利核電站采用存在設(shè)計(jì)缺陷的石墨水冷反應(yīng)堆,安全設(shè)防不完備均在后來進(jìn)行了重大修改,舊的設(shè)計(jì)技術(shù)被新建核電廠淘汰出局。對于目前全球在運(yùn)和新建核電站中,切爾諾貝利核電站機(jī)型不具任何代表性,不能代表或客觀反映現(xiàn)在運(yùn)行核電安全性的實(shí)際水平和狀態(tài)。而宣揚(yáng)“核電站嚴(yán)重事故影響力相當(dāng)于250個(gè)原子彈危害人類和環(huán)境”的名人,卻有意扭曲其中數(shù)據(jù),貶低核電安全,這對核電來說是不公平的,也是不負(fù)責(zé)任的。

  三、鑒別核電站事故與原子彈爆炸差異的主要數(shù)據(jù)

  以下,我們聯(lián)系實(shí)際,選擇早期原子彈和切爾諾貝利4號反應(yīng)堆嚴(yán)重事故相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,為后續(xù)分析進(jìn)行鋪墊、提供參考。

早期原子彈和切爾諾貝利核電站事故主要數(shù)據(jù)列表

  從實(shí)際數(shù)據(jù)分析,最嚴(yán)重的切爾諾貝利核電站事故(有人員傷亡)的影響深度尚且如此,其它核電事故影響自然輕危許多。

  四、250倍的來歷與解讀

  本文開頭,引用了一位名人之言──“核電站嚴(yán)重事故影響力相當(dāng)于250個(gè)原子彈危害人類和環(huán)境”。這個(gè)“250”從何而來?

  為說明這個(gè)問題,首先,我們需要認(rèn)識或重溫兩個(gè)并無關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù):其一,常見教科書或文獻(xiàn)介紹原子彈鈾裝料為20~25kg高富集鈾;其二、有人估算,切爾諾貝利核電站發(fā)生事故時(shí),反應(yīng)堆爆炸曾拋出5~6t飛濺物。我們知道,當(dāng)時(shí)拋出的飛濺物中包括堆芯石墨等結(jié)構(gòu)材料,并非都是鈾燃料,即便是鈾燃料,它的富集度也不過2%左右,與原子彈的高富集度(80~90%)裝料相比差距很大。在如此情況下,竟然被牽強(qiáng)附會地用于“學(xué)術(shù)”比較,做出令人咋舌的荒謬結(jié)論,即所謂核電站事故的影響是原子彈的250倍!這大概就是“250”的來歷。

  以下,我們針對上述結(jié)論,結(jié)合已經(jīng)給出的早期原子彈和切爾諾貝利4號機(jī)組反應(yīng)堆嚴(yán)重事故相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行如下分析,以辨真?zhèn)巍?/p>

  1.我們知道,原子彈是大規(guī)模殺傷性武器,其危害將造成大量人員死亡,建筑設(shè)施被摧毀,大片土地、水資源遭受核污染等;而核電站是推進(jìn)核能和平利用、改善能源結(jié)構(gòu)的重要途徑,具有極高的安全性,風(fēng)險(xiǎn)極小,即使發(fā)生事故,其影響大都處于受控狀態(tài),可實(shí)際消除大量放射性釋放。

  2.核電站事故或原子彈的危害及影響,主要是鈾(钚)核裂變引起的,而不是由相關(guān)物質(zhì)的重量之比推算出來的。嚴(yán)格來講,應(yīng)當(dāng)首先以投入裂變的235U實(shí)際質(zhì)量進(jìn)行比較。參閱上表“釋放裂變235U”欄,已清晰表明:原子彈核爆參與裂變的235U為0.8~1.2kg,而切爾諾貝利核電站4號反應(yīng)堆拋出物中僅1.23kg235U,兩者相比,質(zhì)量十分接近,哪有250倍?

  其二,比較核裂變產(chǎn)生的能量。核電站的核裂變(燃耗)是受控的,且都在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行,產(chǎn)生的能量大都以熱的形式及時(shí)轉(zhuǎn)換為蒸汽發(fā)電向外輸送,一旦出現(xiàn)不測,反應(yīng)堆會立即停堆,堆內(nèi)所剩能量只是余熱。因此,核電站發(fā)生事故時(shí),即使還有核裂變反應(yīng)存在,也只有極少量的裂變能量(總計(jì)小于7%),而原子彈核裂變能的釋放全部集中在爆炸瞬間??梢?,核電站事故和原子彈爆炸能量的釋放狀態(tài)及其影響力截然不同,不宜置于同一平臺進(jìn)行類比。

  3.250倍的比值是原子彈高富集度鈾(>90%)裝料與核電站反應(yīng)堆低富集度鈾(~2%)燃料拋出物重量的比較,既不是裂變235U質(zhì)量的比較,也不是產(chǎn)生核裂變能量的比較。所謂名人竟然以訛傳訛,以原子彈爆炸威力及后果,駭人聽聞地強(qiáng)加于核電站事故。因此以上比較,不僅取值牽強(qiáng)附會,更暴露其基本觀全然錯(cuò)誤。

  我們對真實(shí)情況做過認(rèn)真分析,表明:原子彈和切爾諾貝利4號反應(yīng)堆爆炸拋出物中所擁有的裂變物質(zhì)量相近,但二者呈現(xiàn)的能量釋放狀態(tài)及其影響力相差甚遠(yuǎn),也毫無可比性,更何況事故后對拋出物隨即進(jìn)行了回收處置。

  4.原子彈爆炸能量(包括核輻射和光輻射等)大都在爆炸瞬間釋放,只有緩發(fā)放射性和長壽命放射性核素的作用在事后繼續(xù)發(fā)生。而核電站燃料裂變均在事故前發(fā)生,并在反應(yīng)堆內(nèi)已及時(shí)轉(zhuǎn)換為熱能、電力傳送出去。事故發(fā)生時(shí),堆芯核反應(yīng)已經(jīng)停止,剩余核能釋放量極少。在切爾諾貝利4號機(jī)組事故后處理過程中,首先收集爆炸時(shí)拋出的燃料碎塊(包括鈾裂變產(chǎn)物固體形態(tài)部分)全部裝入石棺進(jìn)行封閉,再掩埋加以覆蓋,使其控制在事故現(xiàn)場小范圍之內(nèi)。而且,事故爆炸時(shí)拋出的燃料在堆外滯留的時(shí)間是短暫的,遺留量極少(絕非5~6t),并已采取措施,盡力減少了對環(huán)境的影響。

  五、長壽命(半衰期)放射性對環(huán)境的影響

  核裂變反應(yīng)及中子輻射產(chǎn)生長壽命放射性同位素,主要是超鈾元素和99Tc、129I等。

  1.超鈾核素主要包括:

  超鈾核素在反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)額低,尤其是在低燃耗運(yùn)行時(shí),總量遠(yuǎn)<0.07%(除可在后處理時(shí)回收的235U和239Pu外)。

  2.裂變產(chǎn)物中長壽命放射性核素有:

  較長壽命85Kr(10.7年)、90Sr(28年)、137Cs(30年)

  長壽命128I(1700年)、99Tc(213年)、14C(5760年)(非產(chǎn)物)、14N(n.p)

  裂變產(chǎn)額<3%,燃耗值較低的燃料中較少,長壽命放射性同位素在裂變產(chǎn)物中比例雖然很低,但污染危害時(shí)間很長。

  3.核電站的長壽命裂變產(chǎn)物核素和超鈾核素,絕大部分核素均為固體形態(tài),存在于乏燃料中。主要存在的剩余鈾U和新產(chǎn)生钚Pu,在乏燃料后處理過程中回收,回收率可達(dá)99%以上。

  核電站乏燃料后處理過程中形成的強(qiáng)放射性溶液中,鈾、钚沉淀分離后,將包括長壽放射性核素溶液(強(qiáng)放)玻璃固化后送放射性廢物永久處置場貯存;在不進(jìn)行乏燃料后處理的國家,對以上生成物與燃料一并實(shí)行貯存監(jiān)管。

  4.核電站由于設(shè)置壓力容器和安全廠房,加之燃料芯塊及其金屬包殼管的屏蔽作用,事故狀態(tài)下燃料能量不可能釋放出來,只有極個(gè)別早期核電機(jī)型在最嚴(yán)重事故中發(fā)生過一次,即切爾諾貝利4號反應(yīng)堆。那是在一次常規(guī)試驗(yàn)中,由于忽視了必要的安全監(jiān)控而誘發(fā)的一次嚴(yán)重事故,釋放出攜帶少量剩余衰變能的燃料5~6t,其長壽期放射性核素和固態(tài)裂變產(chǎn)物中的長壽命核素均存在于乏燃料中。這類物質(zhì)都在切爾諾貝利核事故處理中收集回籠,并先后數(shù)次將反應(yīng)堆加鉛覆蓋、加混凝土封閉,已大大減少后來對周邊的影響。

  5.核電站堆芯熔化事故概率已從切爾諾貝利反應(yīng)堆的10-3~10-4/堆年,改進(jìn)降低至10-5~10-6/堆年之下。

  當(dāng)今,核電站安全性已有極大提高,其堆芯熔化概率下降,甚至釋放裂變?nèi)剂系目赡苄砸鸦鞠?/p>

  六、正確辨別鈾存儲、核燃料、裂變能與環(huán)境的關(guān)系

  全世界已探明鈾礦資源1640萬噸,地殼中含鈾平均1×10-6,海洋中含鈾量估計(jì)達(dá)數(shù)十億噸,平均含鈾率3×10-9左右,由于天然鈾中235U富集度(豐度)僅為0.71%,在自然界又不具備裂變條件(自發(fā)裂變極少)。因此,自然界鈾存量雖多,但其密度小、豐度低,不會引發(fā)裂變、釋放核能,對環(huán)境也不會產(chǎn)生明顯影響。說明以鈾數(shù)量的多少來度量核事故損害的大小,那種以鈾重量的簡單比值,推斷出核電站嚴(yán)重事故曾拋出的5~6噸核燃料的危害,比原子彈的影響大250倍的結(jié)論沒道理、不科學(xué)。

  據(jù)世界核協(xié)會最新統(tǒng)計(jì),截至2016年上半年,全球共有30個(gè)國家運(yùn)行444臺核電機(jī)組,已累計(jì)運(yùn)行16386堆年,產(chǎn)生的乏燃料近20多萬tHM。核電站燃料的核裂變發(fā)生在反應(yīng)堆內(nèi)。核能在受控的條件下轉(zhuǎn)化為熱能形式被利用或被冷卻,產(chǎn)生的乏燃料所帶的放射性和衰變熱只是裂變釋放能量的很小部分,經(jīng)過在核電站暫存5~10年后,剩余的衰變能更少,且全都隨乏燃料被貯存或處置。有關(guān)乏燃料貯運(yùn)、貯存、處置設(shè)施,國家及實(shí)施單位都有嚴(yán)格監(jiān)管,對環(huán)境的影響,都會被控制在允許范圍限值以內(nèi)。

  美國、法國、俄羅斯、日本、韓國、印度等國發(fā)展核能較多,庫存的鈾金屬、濃縮鈾和乏燃料量很大,除印度外,大都超過我國,有的國家也發(fā)生過核事故,他們并未因此無端渲染,制造“核電站事故危害大于原子彈”的恐怖言論。

  最后,借用科學(xué)家奧本海默在首次觀察到原子彈爆炸出現(xiàn)火球時(shí)十分感慨,曾說:其光芒“只有一千個(gè)太陽才能與其爭暉”。微妙地形容原子彈以其235U高密度、高豐度,高速核裂變向外全部釋放所觀察到的巨大火球的特點(diǎn),其影響肯定勝過核電站最嚴(yán)重事故數(shù)千倍。那個(gè)本末倒置,把核電站事故比作250個(gè)原子彈的言論是多么荒誕而不著邊際,完全缺乏理論和實(shí)踐的支持。

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