【能源史話06】核電之殤

【能源史話06】核電之殤

作者：科學邊角料

前面我們提到，核能已經(jīng)以武器的形式，展示了它毀天滅地的能量。

而大部分科學家和愛好和平的民眾們更希望，把強大的核能用在更加和平的地方。最典型的，就是用核能來發(fā)電了。

# 核電站

核電站的原理其實很簡單，它跟火電站一樣，都是通過燒水，用水蒸氣推動發(fā)電機。只不過核電站的燃料不是煤而是核反應堆，但馴服核反應堆乖乖工作并不是一件容易的事情。

1954年，蘇聯(lián)的奧布寧斯克核電站投入使用，這是世界上第一個接入電網(wǎng)的核電站。但從1955年起，核電站事故也陸續(xù)出現(xiàn)了。

對于核電站事故，國際原子能機構(gòu)（IAEA）和經(jīng)合組織（OECD）給出過一個評級標準（下面中顯示的0-7級）

核電站事故等級，圖片來源：Wikipedia

從20世紀50年代到80年代間，也發(fā)生過5級、6級這樣比較嚴重的核事故（比如1957年的克什特姆核廢料爆炸事故，1979年三里島核事故），但仍然沒有阻擋各國轟轟烈烈建核電站的步伐。

但1986年，7級核事故出現(xiàn)了。

# 切爾諾貝利之殤

1986年4月25日，切爾諾貝利核電站準備進行一次實驗。這本是一次確保核電站安全的實驗，但沒想到，成為了核電歷史上最慘痛的災難之一。

首先，原定在白天進行的實驗，被推到了凌晨。這時候，白班的操作人員已經(jīng)下班了，晚班操作員臨時得知要進行試驗，自然是匆忙上陣，但他們要面對的實驗并不簡單。

實驗是為了搞清楚，在核反應堆突然停止運行之后，核反應堆的余溫還能不能繼續(xù)發(fā)電？如果能，能維持多久？

這對維持冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的運作至關(guān)重要，如果冷卻水停止運作了，核反應堆的余溫很可能會燒壞反應堆，造成嚴重后果。

在這次實驗之前，切爾諾貝利已經(jīng)進行過3次這種的實驗了，但均以失敗告終。這一次，同樣沒有逃過失敗的命運。

在這里需要說明一下，當時故現(xiàn)場人們到底是怎么想的，為什么會做出各種操作，已經(jīng)無從得知。接下來的事故描述，是通過國際核安全咨詢小組（INSAG）對切爾諾貝利事件出具的兩份調(diào)查報告，大致還原的。

當天凌晨，實驗正式開始。按照計劃，反應堆功率被降到了700瓦左右。但不知道什么原因，反應堆的功率沒有保持在這一功率上，而是繼續(xù)下降，降到了正常功率的1%，幾乎停堆。

突然停堆可能會影響冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，這是一個非常危險的事情。于是，現(xiàn)場操作人員一下子拔出了大量的控制棒，讓反應堆功率迅速提升。

但因為之前反應堆功率降得太低了，冷卻水循環(huán)受到了影響，反應堆功率突然增加，冷卻管里的水蒸氣開始增加。如果蒸汽壓力過高，很可能會造成蒸汽爆炸，后果不堪設想。于是操作員按下了緊急停堆按鈕。

這一按，釀成了悲劇。

本來，緊急停堆之后，大量控制棒會一齊插入核反應堆，讓鏈式反應停止。但切爾諾貝利的反應堆和控制棒設計存在缺陷，控制棒插入后，反應堆沒有立即停止，而是突然加速，反應堆功率瞬間提升。

這下冷卻水系統(tǒng)更是不堪重負了，大量水蒸氣形成了極高的壓力，終于發(fā)生了爆炸。

這一炸，破壞了核反應堆的結(jié)構(gòu)，更多的蒸汽產(chǎn)生，引發(fā)了更劇烈的爆炸，一部分反應堆燃料和石墨被炸得到處都是。

毫無疑問，這已經(jīng)是一場災難，但如果后續(xù)處理得當，還可以把危害控制到最低。但可惜的是，在爆炸發(fā)生后，人們對現(xiàn)場的情況做出了錯誤的判斷。

首先，第一批消防員得知發(fā)生了火災，立即就趕往了火災現(xiàn)場，可沒有人告訴他們，現(xiàn)場可能發(fā)生了核泄漏，這讓消防員們暴露在致命的輻射中滅火。

另外，當時應堆的堆芯已經(jīng)在爆炸中損毀了，不會繼續(xù)發(fā)生鏈式反應，但是消防員們花了大量時間在冷卻堆芯上，這也讓他們更長時間暴露在可怕的輻射里。

更糟糕的是，在核泄漏出現(xiàn)之后，當?shù)卣]有立即疏散民眾，而是在36小時之后，才開始疏散核電站周邊的67000人，這些民眾也受到了高劑量的輻射。

在隨后的幾個月里，又有大約20萬人被遷移重新安置。

這次事件，泄露的放射性物質(zhì)除了波及蘇聯(lián)境內(nèi)的許多國家，還影響到了英國、法國、德國、瑞典、土耳其等等十幾個國家。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的評估，切爾諾貝利事故導致的死亡人數(shù)大約為4000人。當然了，對于切爾諾貝利造成的死亡人數(shù)衡量標準并不統(tǒng)一，因此版本眾多，比如一些反核機構(gòu)甚至認為導致了98萬人過早死亡[1]。

但毫無疑問的是，切爾諾貝利造成了幾十萬人離開家鄉(xiāng)，也讓許許多多人開始擔憂核電的安全性，但核電之殤還不止于此。

# 福島第一核電站事故

2011年，福島第一核電站事故發(fā)生了。這起事最先被定級為6級。但隨后，事態(tài)繼續(xù)惡化升級，最終成為一起7級事故。

福島核事件的誘因是天災，但在事前預防和事后處理不當上，就絕對算得上是人禍。

2011年3月11日，日本發(fā)生大地震之后，福島核電站的反應堆停機。在經(jīng)歷了切爾諾貝利事件之后，核電站對反應堆停機，還是有周密準備的。福島核電站的柴油發(fā)電機立即啟動，以維持冷卻水系統(tǒng)工作。

但這次地震還引發(fā)了巨大海嘯，14米高的巨浪撲向福島第一核電站。

其實，早在設計之初，核電站的建廠高度是海拔30米，本可以對抗這次海嘯，但當時為了方便設備引入，東電公司將海岸夷為平地，讓核電站的海拔降低了20米[2]，這給海嘯沖進核電站埋下了伏筆。

另外，在2000年以后，東京電力公司有幾次的內(nèi)部報告里都提到，未來可能會出現(xiàn)10米甚至15米的特大海嘯，應該把防護墻的高度提高[2]。

但東京電力公司的領導層覺得海嘯這種的事情沒法驗證，花大量的價錢提高防護墻不劃算，因此防護墻一直沒有增高，這一來，又給了海嘯沖進核電站的機會。

海嘯發(fā)生后，14米高的滔天巨浪毫無阻礙地沖進了核電站，沖毀了各種設備，其中就包括柴油發(fā)電機。

沒了柴油發(fā)電機，冷卻水系統(tǒng)不能正常運作，這下，反應堆的熱量再一次積累，切爾諾貝利的悲劇即將重演。

而在接下來的救援中，一系列問題又讓冷卻水系統(tǒng)遲遲無法修復，比如調(diào)來的備用電源車與反應堆電壓不匹配，臨時架設的電纜被反應堆爆炸炸毀，軍用發(fā)電車過大無法空運等等。整個事件不斷升級，最終反應堆堆芯燒穿了安全殼，發(fā)生了嚴重的核泄露。

# 核能到底安不安全？

這兩場核事故的后果都是災難性的，那核電站到底安不安全？

這兩起核事故中，切爾諾貝利是第一代核反應堆，而福島第一核電站事故雖然發(fā)生在21世紀，但核電站機組投入使用時間跟切爾諾貝利相差不大（福島1號機組的投入使用時間比切爾諾貝利的機組都要早），屬于第二代核反應堆。

這兩代核反應堆在設計的時候當然也有周密的安全性考慮，但畢竟缺乏實踐經(jīng)驗，再加上不可預測的事件，確實可能引發(fā)災難。

但從切爾諾貝利事件發(fā)生之后，世界各國就已經(jīng)積極推進更安全、更可靠的第三代核反應堆了，比如，我們國家的華龍一號，就屬于三代技術(shù)。

第三代核反應堆技術(shù)已經(jīng)比較成熟并且投入使用了。而且，第四代核反應堆也在研發(fā)中，在新技術(shù)的加持下，核反應堆本身會更加安全可靠。

另外，考慮到原料開采、運輸、發(fā)電，廢物處理的整個生命周期，在各種發(fā)電方式里，核能絕對算得上是一種清潔能源。

圖片來源：our world in data

根據(jù)統(tǒng)計[3]每發(fā)電一兆瓦，因為發(fā)電造城的意外死亡或者空氣污染引起的死亡率里，核電遠遠低于火電。是僅次于太陽能的清潔、安全能源。

可以說，人類不該因為幾次事故而因噎廢食，不斷吸取教訓，開發(fā)更加安全可靠的核電站才是更好的做法。

當然了，除了核裂變，原子還能發(fā)生一種更厲害的核反應——核聚變。如果能馴服這種強大的能量，現(xiàn)代的核電站在它面前都將黯然失色。

參考文獻：

"CRDP: Chernobyl Recovery and Development Programme". United Nations Development Programme. Archived from the original on 4 July 2007. Retrieved 31 July 2010.

Clarke, Richard A.; Eddy, R.P. (2017). Warnings: Finding Cassandras to stop catastrophe. Harper Collins. p. 84.

https://ourworldindata.org/nuclear-energy

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