核電解讀

　　如果從1951年美國在一臺快中子增殖反應(yīng)堆上進(jìn)行最早的核動力發(fā)電算起，世界上核電發(fā)展已經(jīng)走過了60年輝煌而艱難曲折的歷程。許多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得回味和總結(jié)，尤其是日本福島核電站事故發(fā)生后，核電站已不再是專業(yè)人士爭議的熱點(diǎn)，更成為普通民眾關(guān)注的焦點(diǎn)。試想，如果不是因?yàn)檫@次事件，誰會關(guān)心分布在國內(nèi)的幾十座已建和在建核電站；又有誰能知曉中國第一座快中子反應(yīng)堆其實(shí)就坐落在北京。為此，本刊約請中國原子能科學(xué)研究院的方錦清研究員撰文，介紹核電的來龍去脈以及若干人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。
　　
　　核電站的工作原理
　　
　　核電站是利用核反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置，即把核裂變或核聚變反應(yīng)所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軓亩脕戆l(fā)電。迄今世界上能夠商業(yè)運(yùn)行的核能發(fā)電站都是利用核裂變反應(yīng)而發(fā)電，商用核聚變反應(yīng)發(fā)電目前尚未實(shí)現(xiàn)，但它是未來核能的奮斗目標(biāo)。
　　核電站與火力發(fā)電站的最大不同是：以核反應(yīng)堆來代替火力發(fā)電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)這種特殊形式的“燃燒”來產(chǎn)生所需要的熱量。核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量來加熱水使之變成水蒸汽，這樣就可以把核能轉(zhuǎn)變成熱能；而水蒸汽通過管路進(jìn)入汽輪機(jī)，來推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)-電，這樣就把熱能轉(zhuǎn)變成為電能。由此可見，核電站的汽輪發(fā)電機(jī)及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其最大的奧妙主要在于核反應(yīng)堆。
　　核反應(yīng)堆又叫原子反應(yīng)堆，是裝配了核燃料以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？煽亓炎冩?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。并不是所有元素都可以用作核燃料，一般使用的是放射性重金屬元素鈾、钚或釷。
　　早在20世紀(jì)30年代科學(xué)家就已發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鈾235的原子核-受到外來中子轟擊時，原子核會發(fā)生裂變，吸收1個中子后分裂成2個質(zhì)量較小的原子核，同時放出2～3個中子。這種裂變產(chǎn)生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此反應(yīng)不斷地持續(xù)進(jìn)行下去，稱為核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。依靠鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在核反應(yīng)堆里產(chǎn)生了大量熱能，利用循環(huán)水或利用其他物質(zhì)作為熱載體，把熱量導(dǎo)出去就可用來發(fā)電。如果熱量無法帶走，那反應(yīng)堆就會因過熱而燒毀，導(dǎo)致發(fā)生日本福島核電站那樣的嚴(yán)重事故。
　　由此可知，核反應(yīng)堆最基本的組成是：核燃料和熱載體。但是只有這兩個條件還無法工作，這是由于反應(yīng)堆內(nèi)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所產(chǎn)生的高速中子會大量飛散，必須設(shè)法把中子減速下來，以增加與原子核碰撞的機(jī)會。為此，要求把核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)成能夠按照人的意愿決定其工作狀態(tài)，也就是必須采取有效的設(shè)施來實(shí)現(xiàn)可控目的。此外，鈾及裂變產(chǎn)物都有強(qiáng)放射性，會對人造成傷害，因此必須采取十分可靠的防護(hù)和嚴(yán)格的安全措施?？偠灾?，核反應(yīng)堆的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)該也必須具備五大要素：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設(shè)施+防護(hù)裝置。
　　
　　核反應(yīng)堆的類型
　　
　　核電站中的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)具有多樣性，不同類型的核反應(yīng)堆相應(yīng)形成不同的核電站?？梢岳靡韵聨讉€特點(diǎn)表征不同類型的反應(yīng)堆。第一，所用的核燃料可以是天然鈾或濃縮鈾、钚或釷；第二，使用不同類型的冷卻劑，可以是水、二氧化碳、氦氣或鈉；第三，用于控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中釋放的中子能量的慢化劑，可以是石墨、重水或輕水(即普通水)。下面就是迄今國際上核電站常用的幾種核反應(yīng)堆型。
　　壓水堆是以加壓輕水作為慢化劑和冷卻劑，且水在堆內(nèi)不沸騰的核反應(yīng)堆。目前以壓水堆為熱源的核電站，在核電站機(jī)組數(shù)量和裝機(jī)容量方面都處于領(lǐng)先地位。
　　沸水堆是以沸騰輕水作為慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的核反應(yīng)堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、建造費(fèi)用低和負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它們都需使用低富集鈾作為核燃料。
　　重水堆是以重水作為慢化劑，輕水或重水作為冷卻劑的核反應(yīng)堆，可以直接利用天然-鈾作為核燃料。重水堆分壓方容器式和壓力管式兩類。重水堆核電站是發(fā)展較早的核電站，但已實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的只有加拿大發(fā)展起來的壓力管式重水堆核電站。
　　快堆是由快中子引起鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的核反應(yīng)堆。快堆在運(yùn)行中既消耗裂變材料，又生產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實(shí)現(xiàn)核裂變材料的增殖。專家預(yù)計(jì)，快堆未來的發(fā)展將會加快起來。
　　
　　前景看好的快堆
　　
　　現(xiàn)在世界上所運(yùn)行的絕大多數(shù)反應(yīng)堆是熱中子堆，或者說是非增殖堆型，利用的只是鈾235，而天然鈾將近99.3％是難裂變的鈾238，所以這些堆型對鈾資源的利用率只有1％～2％。但在快堆中，鈾238原則上都能通過核反應(yīng)轉(zhuǎn)變成易裂變的钚239而得以使用。即使考慮到各種損耗，快堆總體上可將鈾資源的利用率提高到60％～70％，也可使核廢料產(chǎn)生量大大降低。
　　快堆的原理是這樣的，在堆芯燃料钚一239的外圍再生區(qū)里放置鈾238，钚-239發(fā)生裂變反應(yīng)時放出來快中子，鈾238吸收一個中子后，發(fā)生連續(xù)兩次β衰變，鈾238很快被轉(zhuǎn)變成钚239，同時產(chǎn)生了能量，如此核反應(yīng)下去，能夠源源不斷地將鈾238轉(zhuǎn)變成可用的燃料钚239。因?yàn)榭於言偕俣雀哂谙乃俣?，即所生成的?239比消耗的鈾-235來得多，如此核燃料越燒越多，快速增殖起來，因此這種反應(yīng)堆又稱“快中子增殖堆”。
　　
　　早在1951年，美國就建造了實(shí)驗(yàn)快中子堆?，F(xiàn)階段，基本掌握快中子堆技術(shù)的國家有美國、法國、日本、俄羅斯、印度和中國等。中國核工業(yè)集團(tuán)公司2010年7月宣布：由中核集團(tuán)中國原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)的中國第一座快中子反應(yīng)堆——中國實(shí)驗(yàn)快堆達(dá)到首次臨界，中國由此成為世界上少數(shù)幾個掌握快堆技術(shù)的國家之一。
　　快中子反應(yīng)堆是世界上第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的首選堆型，代表了第四代核能系統(tǒng)的發(fā)展方向。其形成的核燃料可實(shí)現(xiàn)閉合式循環(huán)。國際上普遍認(rèn)為，發(fā)展和推廣快堆，可從根本上解決世界能源的可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展問題。對于快堆未來發(fā)展，中國擬采取三步走的發(fā)展戰(zhàn)略，即實(shí)驗(yàn)快堆一示范快堆一大型商用快堆。中國示范快堆的建造，還將為中國鈾钚混合燃料制造技術(shù)的發(fā)展提供良好的契機(jī)，并繼續(xù)推動中國先進(jìn)核能體系的建立。
　　
　　反應(yīng)堆不是原子彈
　　
　　有人把核反應(yīng)堆與原子彈混為一談，其實(shí)，反應(yīng)堆與原子彈完全是兩回事，因?yàn)閮烧叩脑O(shè)計(jì)、構(gòu)造和部件完全不同。原子彈是一種不可控的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置，需要使用可迅速形成臨界體積的高純易裂變材料——鈾-235(濃度至少95％)或钚。觸發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)快速進(jìn)行，以致未等介質(zhì)散開就積聚了大量能量。爆炸的劇烈程度取決于這種能量的積聚。例如，投在長崎的原子彈是一個中空的钚球，靠合理安排的炸藥形成臨界體積，達(dá)到臨界體積后才發(fā)生原子彈爆炸。
　　反應(yīng)堆則是一種人工控制的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置。反應(yīng)堆里裝的是天然鈾或低濃度鈾(2％～5％)，以致很難達(dá)到臨界。反應(yīng)堆里的核反應(yīng)是一種平緩的核反應(yīng)，不存在能使能量積聚到“爆炸”的緊箍器件或壓力容器，當(dāng)然也沒有專門引爆的中子注入部件，因此完全不具備原子彈爆炸的基本條件。
　　日本福島第一核電站1號、3號機(jī)組相繼發(fā)生的是氫氣爆炸，事故的原因是反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的水蒸氣外泄至容器外，在反應(yīng)堆喪失冷卻劑事故時，燃料棒未被冷卻劑液體浸沒而處于裸露狀態(tài)，導(dǎo)致持續(xù)升溫，直到溫度超過核燃料管鋯合金的熔點(diǎn)，以致發(fā)生堆芯熔化，于是高溫鋯合金包殼跟堆體里面存留的水發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了氫氣，氫氣泄漏出堆體，積聚到廠房里面，和建筑物內(nèi)的氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致爆炸。爆炸摧毀了連接堆體的管道，管道里面有長期積累的放射性物質(zhì)，結(jié)果造成了核污染。新一代的核電站及其安全性
　　核電站發(fā)展至今，已歷經(jīng)四代。第一代核電站屬于原型堆核電站，主要目的是為了通過實(shí)驗(yàn)示范形式來驗(yàn)證核電在工程實(shí)施上的可行性。
　　20世紀(jì)70年代，因石油漲價引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了核電發(fā)展，目前世界上商業(yè)運(yùn)行的400多臺機(jī)組大部分在這段時期建成，被稱為第二代核電機(jī)組。在美國三里島核電站和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生事故之后，各國對正在運(yùn)行的核電站進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)，安全性和經(jīng)濟(jì)性都有了不同程度的提高。不過，核電專家們?nèi)詫Φ诙穗娬具M(jìn)行了反思，當(dāng)時認(rèn)為發(fā)生堆芯熔化和放射性物質(zhì)大量往外釋放這類嚴(yán)重事故的可能性很小，不必把預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故的設(shè)施作為設(shè)計(jì)上必須的要求，因此，第二代核電站應(yīng)對嚴(yán)重事故的措施比較薄弱。
　　通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，美國、歐洲和國際原子能機(jī)構(gòu)都出臺了新規(guī)定，把預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故作為設(shè)計(jì)上的必須要求，滿足以上要求的核電站被稱為第三代核電站。目前，世界上技術(shù)比較成熟、可以據(jù)此建造第三代核電機(jī)組的設(shè)計(jì)，主要有美國的AP1000(壓水堆)和ABwR(沸水堆)，以及歐洲的EPR(壓水堆)等型號，它們發(fā)生嚴(yán)重事故的概率比第二代核電機(jī)組小100倍以上。美國、法國等國家已公開宣布，今后不再建造第二代核電機(jī)組，只建設(shè)第三代核電機(jī)組。
　　中國有13臺第二代核電機(jī)組正在運(yùn)行發(fā)電，未來重點(diǎn)放在建設(shè)第三代核電機(jī)組上。目前，中國第三代核電項(xiàng)目正在浙江三門和山東海陽進(jìn)行建設(shè)，將有4套第三代APl000壓水堆核電機(jī)組。預(yù)防和緩解堆芯熔化成為第三代核電站設(shè)計(jì)上的必須要求，而這一點(diǎn)也正是作為第二代核電站的福島核電站近期事故中暴露出來的弱點(diǎn)。我國第三代核電站將裝備有蓄水池，這樣的“大水箱”在緊急情況下能釋放出大量的水，從而達(dá)到降溫等應(yīng)急需求。
　　第四代核能系統(tǒng)概念最先由美國能源部的核能、科學(xué)與技術(shù)辦公室提出。2000年1月，美國能源部發(fā)起并約請阿根廷、巴西、加拿大、法國、日本、韓國、南非和英國等國家的政府代表開會，討論開發(fā)新一代核能技術(shù)的國際合作問題，并發(fā)表了“九國聯(lián)合聲明”。隨后，由美國、法國、日本、英國等核電發(fā)達(dá)國家組建了“第四代核能系統(tǒng)國際論壇”，擬于2～3年內(nèi)定出相關(guān)目標(biāo)和計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃總的目標(biāo)是在2030年左右，向市場推出能夠解決核能經(jīng)濟(jì)性、安全性、廢物處理和防止核擴(kuò)散問題的第四代核能系統(tǒng)(Gen-IV)。第四代核能系統(tǒng)包括三種快中子反應(yīng)堆系統(tǒng)和三種熱中子反應(yīng)堆系統(tǒng)：鈉冷快堆系統(tǒng)，鉛合金冷卻快堆系統(tǒng)，氣冷快堆系統(tǒng)，超高溫堆系統(tǒng)，超臨界水冷堆系統(tǒng)和熔鹽堆系統(tǒng)。
　　
　　核電站選址至關(guān)重要
　　
　　從核安全的角度來看，核電站選址最關(guān)鍵，必須考慮到公眾和環(huán)境免受放射性事故所引起的過量輻射影響，同時要考慮到突發(fā)的自然事件或人為事件對核電站的影響，所以，核電站必須選在人口密度低，易隔離，與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)距離較遠(yuǎn)的地方。不僅該地沒有斷裂帶通過，而且要求核電站數(shù)千米范圍內(nèi)沒有活動斷裂，周邊100千米海域、50千米內(nèi)陸，歷史上沒有發(fā)生過6級以上地震。對于日本來說，由于法國克律亞斯核電站的冷卻塔采用了風(fēng)力渦輪機(jī)，它還是世界上僅有的兩座具有隔震系統(tǒng)的核電站之一。太平洋構(gòu)造板塊及其他幾個板塊的向西移動，導(dǎo)致其向亞洲板塊之下俯沖，從而會在這一帶引發(fā)大地震和火山活動。日本就處于四個地質(zhì)板塊的交界處，是俯沖帶的邊緣，也是全球構(gòu)造運(yùn)動最活躍的地區(qū)。專家早已警告過，日本福島核電站選址和布局存在著令人提心吊膽的嚴(yán)重問題，結(jié)果不幸被言中了。
　　由于核電站運(yùn)行中產(chǎn)生了巨大熱量，核電站的選址必須靠近水源，最好是靠海，這也是大型核電站都建在海邊的一個重要原因，并且靠海還可以解決大件設(shè)備運(yùn)輸問題。萬一發(fā)生危險，在平的海岸線和放射物均勻發(fā)散的情況下，污染陸地面積只是內(nèi)陸核電站的一半。但是建在海邊有利的同時也多出一個風(fēng)險，就是海嘯或者臺風(fēng)帶來大浪的可能。通常會建設(shè)防波堤來抵御巨浪的沖擊。但是防波堤只能抵御一定程度的沖擊，如果是比較大的海嘯的話，像日本這次17多米高的排山倒海般的海嘯，防波堤則無能為力，不可避免地產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。
　　
　　內(nèi)陸地區(qū)核電選址要更加慎重，因?yàn)閮?nèi)陸地區(qū)的水源全部為淡水，并且?guī)缀跛械拇蠼蠛佣贾苯酉蛑苓叧鞘泄?yīng)生活用水，在這種情況下建設(shè)核電站，一旦發(fā)生泄漏事故，后果不堪設(shè)想。
　　
　　“本質(zhì)安全”才是真的安全
　　
　　核電安全一直是公眾最關(guān)注的一個問題。這里要強(qiáng)調(diào)的是，必須通過科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，不斷地提高和完善核電站的所謂“本質(zhì)安全水平”，也就是不要靠人，因?yàn)槿耸亲钊菀追稿e誤的，而是靠核電站本身的設(shè)計(jì)和設(shè)施來杜絕事故發(fā)生。
　　核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行均采用縱深防御的原則，從設(shè)備、措施上提供多等級的重疊保護(hù)，以確保核電站對功率能有效控制，對燃料組件能充分冷卻，對放射性物質(zhì)能杜絕泄漏?？v深防御原則一般包括五層防線。第一層防線：精心設(shè)計(jì)、制造、施工，確保核電站有精良的硬件環(huán)境。建立周密的程序，嚴(yán)格的制度，對核電站工作人員有高水平的教育和嚴(yán)格的培訓(xùn)，有完備的軟件環(huán)境；第二層防線：加強(qiáng)運(yùn)行管理和監(jiān)督，及時正確處理異常情況，排除故障；第三層防線：在嚴(yán)重異常情況下反應(yīng)堆正常的控制和保護(hù)系統(tǒng)動作，防止設(shè)備故障和人為差錯造成事故；第四層防線：發(fā)生事故情況時，啟用核電站安全系統(tǒng)包括各外設(shè)安全系統(tǒng)加強(qiáng)事故中的電站管理，防止事故擴(kuò)大，保護(hù)反應(yīng)堆廠房安全殼；第五層防線：萬一發(fā)生事故并伴有放射性外泄，啟用廠內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，減輕事故對周圍居民和環(huán)境的影響。
　　按照縱深防御的原則，目前的設(shè)計(jì)在核燃料和外部環(huán)境之間設(shè)置了四道屏障。第一道屏障：核燃料放在氧化鈾陶瓷芯塊中，并使得大部分裂變產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物95％以上保存在芯塊內(nèi)；第二道屏障：燃料芯塊密封在鉛合金制造的包殼中構(gòu)成核燃料芯棒，具有足夠的強(qiáng)度且在高溫下不與水發(fā)生反應(yīng)；第三道屏障：壓力管道和容器冷卻劑系統(tǒng)將核燃料芯棒封閉在20厘米以上的鋼質(zhì)耐高壓系統(tǒng)中，避免放射性物質(zhì)泄漏到廠房內(nèi)；第四道屏障：反應(yīng)堆安全殼用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑壁，厚近100厘米，內(nèi)表面加有O.6厘米的鋼襯，可以防御來自內(nèi)部或外界的飛出物，防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。
　　核電站配置的外設(shè)安全系統(tǒng)主要有以下幾個：①隔離系統(tǒng)，用來將反應(yīng)堆廠房隔離開來，主要有自動關(guān)閉穿過廠房的各條運(yùn)行管道的閥門，收集廠房內(nèi)泄漏物質(zhì)將其過濾后再排出廠外。②注水系統(tǒng)，在反應(yīng)堆可能“失水”時，向堆芯注水，以冷卻燃料組件，避免包殼破裂。注入水中含有硼，用以制止核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。注水系統(tǒng)使用壓力氮?dú)?，在無電流和無人操作情況下在一定壓力下可自動注水。⑨事故冷卻器和噴淋系統(tǒng)，用來冷卻廠房以降低廠房的壓力。在廠房壓力上升時先啟動空氣冷卻，再進(jìn)一步可以啟動廠房噴淋系統(tǒng)，將冷水或含硼水噴入廠房，以降熱和降壓。
　　萬一發(fā)生了核外泄事故，應(yīng)啟動應(yīng)急計(jì)劃。應(yīng)急計(jì)劃的內(nèi)容主要包括：疏散人員，封閉核污染區(qū)(核反應(yīng)堆及核電站)，清除核污染，以保證人身安全和環(huán)境清潔。
　　
　　乏燃料的處理
　　
　　所謂乏燃料，就是從反應(yīng)-堆里燒過的核燃料，又稱輻照核燃料。據(jù)估計(jì)，全世界每年卸出的乏燃料約有1萬噸。由此提出了對乏燃料如何進(jìn)行科學(xué)處理和有效管理的問題。
　　乏燃料并不是核廢料，因?yàn)樗€含有豐富而寶貴的核素，其中包括未用完的可增殖材料鈾238或釷-232，未燒-完的和新生成的易裂變材料钚239、鈾-235或鈾-233，以及核燃料在輻照過程中產(chǎn)生的少量的超鈾元素镎237、镅-241、鋦-242等，另外還有裂變產(chǎn)物元素鍶-90、銫137、锝-99，以及貴金屬(銠、鈀)等，這些都是可應(yīng)用的同位素。
　　乏燃料后處理是核燃料循環(huán)后段中最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，是對目前對核反應(yīng)堆中卸出的乏燃料的最廣泛的一種處理方式。后處理是對乏燃料中所含的96％的有用核燃料進(jìn)行分離并回收利用，其余產(chǎn)物經(jīng)固化后進(jìn)行深地質(zhì)層處置或進(jìn)行分離嬗變。這是一種閉路核燃料循環(huán)，其特點(diǎn)是鈾資源利用率提高，減少了高放射性廢物處置量并降低其毒性，但缺點(diǎn)是費(fèi)用可能較高，可生產(chǎn)高純度的钚，有核擴(kuò)散的風(fēng)險。
　　如果把乏燃料經(jīng)過冷卻、包裝后作為廢物送入深地質(zhì)層處置或長期貯存，雖然概念簡單、費(fèi)用低且無高純钚產(chǎn)生，降低了核擴(kuò)散風(fēng)險，但缺點(diǎn)是廣東嶺澳核電站嶺澳核電站二期4號機(jī)組反應(yīng)堆壓力容器廢物放射性及毒性高，延續(xù)時間可長達(dá)幾百萬年。
　　乏燃料的后處理一般經(jīng)過以下幾個環(huán)節(jié)。一是冷卻貯存。剛從反應(yīng)堆卸出的乏燃料，具有強(qiáng)放射性且繼續(xù)釋放出熱量，要放到反應(yīng)堆四周的深水池中冷卻至少半年以上：二是通過水法或干法技術(shù)，把上述有用的元素提煉出來，剩下的才是真正的核廢料；三是固化處理。將具有高放射性的核廢物與熔融的玻璃混合，凝聚成質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定的固體，再封裝在專門的不銹鋼桶內(nèi)；四是深埋處理。把固化好的廢物桶放到人煙稀少、地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、沒有地下水的廢礦或巖層深處，保證幾萬年或更長時間不會泄露到環(huán)境中。
　　一般壓水堆核電站乏燃料中鈾235為0.8％～1.3％，比天-然鈾中的鈾235的含量0.71％還高。另外還有新生的可裂變物質(zhì)钚一239。通過后處理可從乏燃料中回收有用的鈾和钚，再制成二氧化鈾或二氧化钚，返回核反應(yīng)堆使用，大大提高鈾資源的利用率。據(jù)專家測算，將后處理得到的鈾和钚返回壓水堆中使用可節(jié)省天然鈾30％左右。后處理還可以使放射性廢物減容和降低毒性。后處理不僅可顯著地減少需長期深地質(zhì)層處置的核廢物體積，而且可使最終廢物的放射性毒性大幅度降低。
　　
　　能源格局中的核電
　　
　　目前，全球近90％的一次能源消費(fèi)依賴石油、天然氣、煤炭三大化石型能源。大量使用煤、石油等化石燃料所引起的環(huán)境問題越來越引發(fā)人們的關(guān)注和憂慮，所以，世界各國都在竭力發(fā)展?jié)崈裟茉矗蕴娲剂?。目前潔凈能源類型包括核電、風(fēng)能、太陽能、水電、地?zé)崮艿取：穗姂{借資源豐富，環(huán)境污染低，已成為國際能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　高效率、高清潔的核能將在能源格局中扮演越來越重要的角色。首先，核能發(fā)電不會造成空氣污染，因?yàn)樗幌窕剂习l(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中；其次，核燃料能量密度比起化石燃料高幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲存都很方便，一座百萬千瓦級的核能電廠一年只需30噸的鈾燃料，一次航行的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送：第三，核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本不易受到國際經(jīng)濟(jì)情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法更為穩(wěn)定。
　　據(jù)國際研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測，到2030年全球的核電發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻倍。美國能源部2007年宣布，美國將興建32座核能發(fā)電廠;俄羅斯計(jì)劃在2020年前建造40臺核電機(jī)組；英國于2008年1月決定恢復(fù)建設(shè)核電站：中國目前正在制定中國核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年中國電力總裝機(jī)容量為9億千瓦時，核電的比重將占電力總?cè)萘康?％，即中國核電在2020年時將為3600～4000萬千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當(dāng)于大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。
　　根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，目前全世界正在運(yùn)行的核電站有439座(2007年9月統(tǒng)計(jì)數(shù))，全世界核電總裝機(jī)容量約為3.7億千瓦，核電年發(fā)電量占世界發(fā)電總量的17％。2007年核電發(fā)電量占全國總發(fā)電量25％以上的國家和地區(qū)共16個，其中法國和立陶宛的核電份額均超過60％。中國目前已有秦山核電站、秦山二期核電站及擴(kuò)建工程、秦山三期核電站、大亞灣核電站、嶺澳核電站一期、田灣核電站一期等核電站投入運(yùn)營，另有12家正在建設(shè)的核電站和25家籌建中的核電站，中國在建的核電規(guī)模已經(jīng)在世界上名列第一位。照此速度，到2020年中國核電裝機(jī)很可能會達(dá)到8000萬千瓦，在世界上排第二位，從而成為一個名副其實(shí)的核電大國。
　　與核電的優(yōu)勢并存的是不容忽視的核能風(fēng)險。核電站會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過的核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射性，故必須特別慎重處理。從切爾諾貝利到福島，人類僅有的兩次達(dá)到國際評價標(biāo)準(zhǔn)7級的核事故，留給人們的是慘痛的回憶和高昂的代價。所以各國都必須接受這些深刻的教訓(xùn)，提高千萬倍警惕!
　　
　　核電未來發(fā)展的方向
　　
　　核電的未來發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)受控核聚變。所謂核聚變，就是由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋放出能量。實(shí)際上，真正潔凈環(huán)保且資源豐富的是未來的核聚變能。最常見的是由氫的同位素氘(重氫)和氚(超重氫)聚合成較重的原子核(如氦)而釋放出能量。核聚變比核裂變具有兩大優(yōu)勢。第一，地球上蘊(yùn)藏的核聚變?nèi)剂线h(yuǎn)比核裂變?nèi)剂县S富得多，每升海水中含有0.03克氘，這樣地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。因此，核聚變能是真正取之不盡用之不竭的能源。第二，核聚變能既干凈又安全。由于它不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是潔凈的；而且受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進(jìn)行，因此它的運(yùn)行也是安全的。
　　從20世紀(jì)50年代開始，國內(nèi)外都在一直在探索核聚變能，目前提出了不少核聚變方法。因?yàn)樾枰丫圩內(nèi)剂霞訜岬缴蟽|攝氏度高溫才可能發(fā)生核聚變，就像氫彈的爆炸那樣，但是和平利用核聚變則需要能量緩慢釋放，才能利用熱能發(fā)電。問題的關(guān)鍵是，沒有任何一種容器能承受上億攝氏度的高溫?？茖W(xué)家最早提出的一種方法是“托卡馬克”型磁場約束法，它是利用強(qiáng)大電流所產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實(shí)現(xiàn)核聚變的條件。中國科學(xué)院等離子體研究所建立了世界上首個全超導(dǎo)托卡馬克裝置“東方超環(huán)”(EAST)。核工業(yè)西南物理研究院自行設(shè)計(jì)和研制的受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“中國環(huán)流器一號”和“中國環(huán)流器二號”都已經(jīng)投入運(yùn)行，與國際上先進(jìn)水平同步發(fā)展。
　　慣性約束法是實(shí)現(xiàn)核聚變的另一種方法，它是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓，類似于噴氣飛機(jī)氣體往后噴而推動飛機(jī)前飛一樣。因?yàn)榉醋饔昧κ且环N慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束。小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高，當(dāng)溫度達(dá)到所需要的幾十億攝氏度點(diǎn)火溫度時，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間只有幾個皮秒(1皮等’于1萬億分之一)。如果每秒鐘內(nèi)能夠發(fā)生三、四次這樣的爆炸且不斷地持續(xù)下去，所釋放出的能量就相當(dāng)于百萬千瓦級的發(fā)電站。目前主要的問題是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能，達(dá)到的功率離所需要的還差幾十倍、甚至幾百倍。
　　據(jù)估計(jì)，到21世紀(jì)后半葉核聚變能才可能具有商業(yè)應(yīng)用的價值。這樣，如何更有效地發(fā)展?jié)崈袅炎兒四苋允?1世紀(jì)面臨的十分重要的課題。核裂變能仍將是21世紀(jì)的主要能源，第三次世界能源革命的總趨勢是，到2050年，核電(主要指核裂變能)發(fā)電量將占世界總發(fā)電量的50％左右。
　　值得注意的是核電發(fā)展的另一個方向——強(qiáng)流加速器驅(qū)動次臨界放射性潔凈核能系統(tǒng)。針對前面指出的核裂變能的弊端和現(xiàn)狀，1993年西歐核子中心諾貝爾獎獲得者魯比亞領(lǐng)導(dǎo)的一個小組提出關(guān)于能量放大器獲得干凈核能的新設(shè)想，即強(qiáng)流加速器驅(qū)動的放射性潔凈核能系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本思想是：利用強(qiáng)流質(zhì)子加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束與靶相互作用，產(chǎn)生大量快中子以驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆來獲得能量增益。它可以克服常規(guī)核電的弊端，構(gòu)成了新的更安全、更干凈、更便宜的潔凈核能系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)是把20世紀(jì)最重要的兩大核裝置：粒子加速器與核反應(yīng)堆兩者巧妙地結(jié)合起來，用以克服常規(guī)核電的弊病，解決常規(guī)核電產(chǎn)生武器級的核燃料、鈾資源利用率低以及產(chǎn)生超臨界事故等嚴(yán)重缺點(diǎn)。因此，該設(shè)想_經(jīng)提出就引起核能界的極大興趣，被認(rèn)為是解決大量放射性廢物、降低深埋儲藏風(fēng)險的最具潛力的工具。國際上已經(jīng)把它作為未來放射性潔凈核能一個重要研究方向。
　　
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