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核电安全性问题分析

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nandudu 发表于 2014-5-22 10:58:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

2011311日,日本发生9.0级特大地震,导致福岛第一核电站发生爆炸,并引发核危机。21日,东京电力公司宣布,福岛第一核电站周围的放射性元素碘131浓度已达标准浓度的6倍,此外还检出了放射性元素铯,证明核反应堆和废弃燃料池内的核燃料已经遭到了损坏。这一事件也引起全世界对核电安全问题的担忧,多个国家紧急自检核电安全,但依然坚守发展核电的战略。那么,核电到底是否安全呢?

核电并不可怕

核电站的发电原理:

核电总会让人在字面上联想可怕的核弹,但实际上核电厂并不像战场,而更像是“蒸汽机”——只不过核电站以核反应堆来代替了锅炉,以核燃料的“燃烧”产生热量。现在使用最普遍的民用核电站大都是压水反应堆核电站,它的工作原理是:用铀制成的核燃料在反应堆内进行裂变并释放出大量热能;高压下的循环冷却水把热能带出,在蒸汽发生器内生成蒸汽;高温高压的蒸汽推动汽轮机,进而推动发电机旋转。一般说来,核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异。

核电站不会像原子弹一样爆炸:

核电站和原子弹的反应原理相同,都是利用核燃料在中子的轰击下产生链式反应放出能量。但原子弹会爆炸,核电站不会。

核电站中铀-235的含量约为3%,而核炸药中的铀-235含量高达90%以上,正如啤酒和白酒都含有酒精,白酒因酒精含量高可以点燃,而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一样。原子弹形成核爆炸有极其精密的条件,它必须利用高效炸药的聚心爆炸,将两块或多块浓缩度为90%以上的高纯度核装料,在极短时间内,从两面或四面八方积压在一起,所以核装料的密度极高;而在核电站的反应堆内,铀-235通常与与氧原子结合在一起,成为二氧化铀,化学性状相对稳定。原子弹和核电站的反应堆采取相反的设计原理:原子弹设计利于爆炸,并且有加快反应的装置,而核电站正好相反,设计思路是减慢其链式反应的速度。这使得两者链式反应速度可以相差几千万倍。

核电站的构造

核电站一般分为两部分:利用原子核裂变生产热量的核岛(立式状半球形建筑)和利用热量发电的常规岛(烟囱等常规建筑)。核电站分为压水堆核电站、沸水堆核电站、重水堆核电站和快堆核电站,其中压水堆式核电站最为成熟、应用也最广泛,而重水堆核电站是发展早期的核电站。

从压水堆式核电站的构造来说,一般由反应堆厂房、燃料厂房、核辅助厂房、电气厂房、连接厂房等组成,这些厂房根据有无核辐射设置在核岛和常规岛里。核岛是看上去象一直立的圆筒部分,其一部分在地下,常规岛看上去和一般厂房的形状差不多。所有与核辐射有关的部件都装在核岛里。在发电过程中,核岛内的热量在自身的管道内传递,其通过管壁的接触把热量传到蒸汽汽轮机中,汽轮机则装配在常规岛里。与外界接触的核设施为常规岛,无核辐射。

 楼主| nandudu 发表于 2014-5-22 11:01:24 | 显示全部楼层
核电站有四大安全防护措施

    为了确保公众和厂区工作人员在所有运行工况下受到的辐射照射保持在适当的规定限值之内和在事故工况下受到的辐射保持在可接受的限值之内,核电站设计中设置了四道反应堆安全屏障。

    第一道屏障——核燃料芯块

    现代反应堆广泛采用耐高温、耐辐射和耐腐蚀的二氧化铀陶瓷核燃料。经过烧结、磨光的这些陶瓷型的核燃料芯块能保留住98%以上的放射性裂变物质,大大减少了放射性物质的泄漏。核燃料棒的材料uch陶瓷块,它的熔点为2800'C,它的物理化学性质稳定不会和水产生放热反应。

    第二道屏障——锆合金包壳管

    二氧化铀陶瓷芯块被装入包壳管,叠成柱体,组成了燃料棒。由锆合金或不锈钢制成的包壳管必须绝对密封,在长期运行的条件下不使放射性裂变产物逸出,一旦有破损,要能及时发现,采取措施。

    第三道屏障——压力容器和封闭的一回路系统

    厚度约0.2m,如似m×13m,重400吨。压力壳将燃料元件棒和一回路的水罩住,当发生燃料元件包壳有少量破漏时,放射线进入一回路,但仍然控制在压力壳内。这屏障足可挡住放射性物质外泄。即使堆芯中有1%的核燃料元件发生破坏,放射性物质也不会从它里面泄漏出来。

    第四道屏障——安全壳厂房

    反应堆、稳压罐、循环泵、蒸汽发生器都装在安全壳中。安全壳是lm厚的钢筋混凝土,内衬厚6cm。它是阻止放射性物质向环境逸散的最后一道屏障,它一般采用双层壳体结构,对放射性物质有很强的防护作用,万一反应堆发生严重事故,放射性物质从堆内漏出,由于有安全壳厂房的屏障,对厂房外的环境和人员的影响也微乎其微。

    核电——最安全的能源

    回答究竟哪一种能源系统对人类的健康造成的危险性更大的问题,必须用单位能量所造成的危险——即对人类健康造成的总危险除以该能源系统产生的净能量来衡量,同时还要考虑到全部能量的循环,不能仅仅计算和比较部分系统造成的危险性。

    将核能、煤、石油和天然气等能源系统生产单位能量所造成的危险性进行比较,可以发现,核电站比烧油或烧煤电站的危险性要低得多。在各种能源系统中,天然气发电的危险性最低,其次是核电站,危险性最高的是煤和石油。每年全球都有数千名煤炭工人死亡,但是他们的死亡却很少引起广泛注意。

    核电站的设计和制造标准比常规工业要高得多,为达到这些标准而实施的质量控制和质量保证也要严密得多。核电站发生重大事故的可能性比其他自然或人为灾害(如飞机失事、火灾、地震、水坝决口、飓风等)要小得多。世界上近500座核电站,在福岛核事故之前,只发生过两次核反应堆泄漏放射性物质的事故。其中,切尔诺贝利核事故是技术落后和人为原因造成的,美国的三里岛事故并没有人员伤亡,也没有外泄污染环境。

    核电站事故:看似可怕,实则不然

    切尔诺贝利核事故是技术落后和人为原因的结果

    1986年4月26日,前苏联建切尔诺贝利核电站第四号反应堆大起火,并发生化学爆炸(并非核爆炸)。爆炸释放量相当于堆内约3%~4%的核燃料。事故当时有2人被炸死,1人死于心脏病,救火中有29人受辐射损伤,其中28人因患急性放射性病致死。事故后周围30公里范围内撤离了21万居民。

    事实上,这是一次严重的人为责任事故,当时研究人员在做一次安全实验,切断了反应堆所有的安全措施,却又启动了反应堆,这个实验方案严重违反了安全规程,这是事故的人为原因。事故的技术原因是前苏联开发的这种石墨水冷堆具有较大的缺陷,它有一段正温度系数的正反馈工作区,这在反应堆的设计上是不能允许的,另外,切尔诺贝利核电站没有绝大多数核电站具有的安全壳。

    美国三哩岛核事故并未造成人员伤亡和实质性影响

    1979年3月38日清晨,美国建在宾夕法尼亚洲哈里斯堡东南16公里的三哩岛核电站,第二号反应堆发生了一起严重的失水事故,反应堆的堆芯部分熔化,大部分燃料元件损坏或熔化,放射性裂变产物泄漏到安全壳内,但并未外泄,对环境造成了轻微影响。由于事发地为美国,这次事故引起了极为强烈的反响,但其本身危害并不大,核电站内的118名职工无一伤亡,只有三人受到略高于季度允许剂量的照射,其余都在职业控制剂量以内。外泄的放射性物质也更少,方圆80公里的200万居民中,平均每人所受的放射性剂量还不如带一年夜光表或看一年彩电所受的剂量。三哩岛核事故是迄今压水堆核电厂发生的最严重的事故。

    无可取代的核电

    在火电厂发电的过程中,大量的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物被排放到空中,这将导致肺癌等一系列疾病。同时排放的大量二氧化碳,还将导致温室效应加剧。水电受地域限制,对环境的影响大,发展潜力有限。太阳能电池的制造过程会消耗能源,污染环境。而核电属清洁能源,也几乎不产生二氧化碳。在气候变化问题备受关注的现在,对于那些有减排压力的国家来说,核电更是必然的选择。

    另一方面,目前风能、太阳能、潮汐能等都还未能达到持续稳定供电的水平,且造价仍很高,而生物能的发展又可能对农业造成负面影响。发电效率更高的核电是替代化石燃料能源的主要选择。核燃料价格稳定,不像煤炭、石油等价格,随开发量和其他因素的变动不断上涨,因此,核电站的发电成本比燃煤电厂和燃油电厂更低。核能发电消耗的燃料较少,运输量也小,不受燃料产地限制。核电站可以建在离负荷中心较近的地方,缩短了输电线路,节省输电线路的投资和降低输电过程的电能损耗。

    目前为止仍然没有其他能源能够取代核能的地位,其他能源在经济和效率上也无法匹敌。

    现代工业化的世界有的能源依靠石油和天然气, 而这两种都正在减少。煤炭资源的大规模开发要求大量基本投资, 并带来环境污染问题。太阳能、风力和地热能都只能在今后十到二十年内, 才会有起码的贡献。所以在任何要求工业增长大于零的工业国家内, 核电站别无选择, 决不是可有可无的。

    结语:

    对核电的恐惧就像有的人害怕坐飞机,看起来最危险的飞机,其实是最安全的交通工具。相对而言,核电最安全环保,也最经济实惠。核电的危险当然不是零,但世界上并没有绝对安全的能源。对于核能,人类更应该公开信息提升技术加强安全,而不是将其抛弃。
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