核能專(zhuān)家拉瑪納談核電之現(xiàn)狀與未來(lái)

方宇寧/編譯

核能專(zhuān)家拉瑪納談核電之現(xiàn)狀與未來(lái)

方宇寧/編譯

拉瑪納

自2011年日本福島核電站事故以來(lái)，全球核電工業(yè)一直是外界關(guān)注的焦點(diǎn)，普林斯頓大學(xué)科學(xué)和全球安全項(xiàng)目的物理學(xué)家、美國(guó)西格馬賽（Sigma Xi）自然科學(xué)學(xué)會(huì)杰出講師拉瑪納（M.V.Ramana）在接受《美國(guó)科學(xué)家》雜志主編費(fèi)尼拉·桑德斯的視頻采訪(fǎng)中，以能源生產(chǎn)為背景，探討了世界核能發(fā)展趨勢(shì)和公眾對(duì)能源產(chǎn)業(yè)的看法，以下為采訪(fǎng)摘要。

問(wèn)：與之前其他核反應(yīng)堆事故相比，福島事件產(chǎn)生的影響如何？

答：2011年3月11日，一場(chǎng)海嘯襲擊了日本沿海，導(dǎo)致福島核電站正在運(yùn)行中的3個(gè)反應(yīng)堆失去了冷卻能力。任何核電站的難題之一是：即使反應(yīng)堆關(guān)閉，燃料還在繼續(xù)產(chǎn)生熱量，這些熱量必須不斷被傳送出反應(yīng)堆。因?yàn)榉磻?yīng)不再發(fā)生，就存在著熔化的危險(xiǎn)，結(jié)果之一是在反應(yīng)堆中產(chǎn)生氫氣，最終氫氣爆炸，導(dǎo)致核反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生放射性同位素，放射性同位素被排出進(jìn)入大氣中。在這次福島事件中，釋放出來(lái)的放射性物質(zhì)在周邊農(nóng)村地區(qū)和太平洋海域造成了污染。

福島事件與切爾諾貝利核電站事故相比，產(chǎn)生的放射性銫-137可能是其八分之一至四分之一，導(dǎo)致放射性同位素對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期嚴(yán)重污染。但是大多數(shù)放射性物質(zhì)都轉(zhuǎn)移到了太平洋上空，所以并沒(méi)有給人類(lèi)健康造成太多損害。三里島核事故中釋放的放射性物質(zhì)則少得多。

問(wèn)：世界核能開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀如何？

答：據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，目前運(yùn)行中的核電站約有450個(gè)，其中43個(gè)在日本，但日本目前只有2個(gè)核電站還在運(yùn)行之中。目前尚不清楚的是，目前停運(yùn)的核電站中有多少還會(huì)東山再起，這些停運(yùn)核電站中的大多數(shù)是在福島事件后關(guān)閉的。同樣，在美國(guó)雖然有100家核電站，但有相當(dāng)多數(shù)量的核電站將在未來(lái)幾年內(nèi)關(guān)閉。

問(wèn)：與其他所有能源相比，核電站能產(chǎn)生多少電力？

答：2016年，核電占世界發(fā)電量的11%，這個(gè)數(shù)字一直在持續(xù)下降。最高的是1996年，核電占世界發(fā)電量的約17.6%，自那時(shí)起，核電減少了約39%。

問(wèn)：是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因、公眾反應(yīng)或多種因素的綜合性影響嗎？

答：我認(rèn)為有很多因素。經(jīng)濟(jì)無(wú)疑是其中非常重要的一個(gè)因素。核電站造價(jià)昂貴，建造時(shí)間長(zhǎng)，所以核電站不能很快建立起來(lái)。公眾認(rèn)知也起到一定作用，但這是一個(gè)難以量化的因素。另外，在過(guò)去一些年里，世界電力消耗少于預(yù)期。人們?cè)J(rèn)為能源需求將持續(xù)增長(zhǎng)，但這種情況在世界各地并沒(méi)有真正發(fā)生，包括美國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家能源消耗增長(zhǎng)甚至停滯不前。

問(wèn)：鑒于福島核電站事故的教訓(xùn)，新建核反應(yīng)堆會(huì)有哪些新的安全措施？

答：全世界大多數(shù)國(guó)家的核反應(yīng)堆建造都做了安全評(píng)估，因此新建核電站的核反應(yīng)堆會(huì)更安全。我認(rèn)為問(wèn)題在于，我們真的可以確保這些反應(yīng)堆不會(huì)有意外發(fā)生嗎？我想沒(méi)有人可以做出確定的回答。意外發(fā)生的可能性總是存在的，無(wú)論是什么樣的反應(yīng)堆。

問(wèn)：其他能源技術(shù)對(duì)核能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)可行性會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？

答：在美國(guó)除了進(jìn)行調(diào)控的少數(shù)幾個(gè)州之外，投資新的核電站沒(méi)有任何經(jīng)濟(jì)上的意義。如今要建造一個(gè)新的核電站，比如在佐治亞州和南卡羅來(lái)納州建造的2 000兆瓦發(fā)電能力的核電站，投資成本約在150億至200億美元之間，核電站的發(fā)電成本遠(yuǎn)高于其他替代能源，天然氣的價(jià)格非常低，可再生能源在過(guò)去幾年里也變得極為便宜，而核電站的發(fā)電成本大約是光伏發(fā)電的兩倍。

目前實(shí)用的子帶合成方案有3種：合成距離包絡(luò)法[14]、時(shí)域合成法和頻域合成法[15]。3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，合成距離包絡(luò)法效率最高，但是存在能量溢出，導(dǎo)致距離向形成虛假峰，而且該方法對(duì)速度誤差敏感。時(shí)域合成包含了時(shí)移、誤差補(bǔ)償和頻譜疊加，效率最低。頻域合成在完成子帶內(nèi)和子帶間誤差補(bǔ)償以后，只需進(jìn)行頻譜的拼接，具有運(yùn)算量小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能好等優(yōu)點(diǎn)[16]。通過(guò)以上比較，本文采用的是頻域合成法。頻域合成其實(shí)就是頻譜的合成，根據(jù)頻率步進(jìn)關(guān)系，將各子帶信號(hào)進(jìn)行頻移，然后進(jìn)行疊加即可。頻域子帶合成示意圖如圖1所示。

問(wèn)：可再生能源的碳足跡較小，但也有投資小型模塊化反應(yīng)堆的，核反應(yīng)堆規(guī)模大小也是影響因素之一嗎？

答：風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電能力的建設(shè)往往更趨向于模塊化，核反應(yīng)堆也可以更趨于模塊化，事實(shí)上最早核電站的規(guī)模都很小。核電站規(guī)模變大的一個(gè)原因是，核電站造價(jià)昂貴，降低成本的唯一方法就是形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。產(chǎn)生兩倍的電力并不需要兩倍規(guī)模的廠(chǎng)房或兩倍規(guī)模的人工。很難想象一個(gè)小型反應(yīng)堆在經(jīng)濟(jì)效益上能夠勝出。

問(wèn)：對(duì)核電站與使用化石燃料的電廠(chǎng)導(dǎo)致的潛在風(fēng)險(xiǎn)（如災(zāi)難性氣候變化等）如何進(jìn)行比較？

答：風(fēng)險(xiǎn)比較一直是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，核能產(chǎn)生的綜合風(fēng)險(xiǎn)讓人們很難接受，這是人們不熟悉的風(fēng)險(xiǎn)，其產(chǎn)生的災(zāi)難性后果有可能延續(xù)幾代人，這也是人類(lèi)難以控制的一種風(fēng)險(xiǎn)。核事故風(fēng)險(xiǎn)與交通事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行比較，人們的反應(yīng)會(huì)是非常不同的。

如果我開(kāi)車(chē)，我知道會(huì)有發(fā)生意外的風(fēng)險(xiǎn)，但是我也知道，如果我系好安全帶，將車(chē)速控制在限速范圍內(nèi)，遵守交通規(guī)則，不在周六午夜時(shí)分在大街上開(kāi)車(chē)；與許多酒后駕車(chē)者相比，我出意外車(chē)禍?zhǔn)鹿实膸茁蕰?huì)大大下降。但核電站的事故風(fēng)險(xiǎn)與車(chē)禍等風(fēng)險(xiǎn)是非常不同的，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行數(shù)字上的評(píng)估沒(méi)有多大意義。

氣候變化與核電站的相似之處就是都不在個(gè)人能力控制之內(nèi)，但區(qū)別是，氣候變化可有多種可能的解決方案，關(guān)注氣候的人會(huì)大力支持可再生能源和能源效率，但核電站不存在這樣的選擇。

問(wèn)：利用核能緩解氣候變化的支持度有多普遍？

問(wèn)：認(rèn)為開(kāi)發(fā)可再生能源需要很長(zhǎng)時(shí)間，而核能技術(shù)因?yàn)橐呀?jīng)成熟，所以是更好的選擇，這樣的觀點(diǎn)有道理嗎？

答：我認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)沒(méi)有什么道理。增加可再生能源并不需要花費(fèi)更多時(shí)間，而核電站的建設(shè)卻要花費(fèi)很多時(shí)間。最近加州決定在未來(lái)10年內(nèi)關(guān)閉魔鬼峽谷核電站（Diablo Canyon plant），當(dāng)?shù)仉娏t以可再生能源和能源效率取代之，這樣的模式似乎更為可行。建立一個(gè)新的核電站取代它嗎？我想任何考慮贏利能力的公用事業(yè)部門(mén)都不會(huì)做出這樣的決定。

問(wèn)：政治領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)核電站的支持會(huì)改變公眾對(duì)核能技術(shù)的看法嗎？

答：在民意調(diào)查中，如果你問(wèn)人們是否支持建設(shè)新的核電站，他們的回答在很大程度上取決于你提問(wèn)的方式、措辭或事先提供的信息。如果你對(duì)人們說(shuō)，“開(kāi)發(fā)核能是減緩氣候變化的一個(gè)好辦法，請(qǐng)問(wèn)你會(huì)支持建設(shè)新的核電站嗎？”如此你會(huì)更容易得到肯定回答，但如果你這樣問(wèn)，“核電站建造需要花很多錢(qián)，請(qǐng)問(wèn)你會(huì)支持核能開(kāi)發(fā)嗎？”顯然你會(huì)得到相反的回答。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，如果有很多名人支持核電，可有助于獲得公眾認(rèn)可，但僅僅如此不會(huì)從根本上改變核能開(kāi)發(fā)的前景。

問(wèn)：對(duì)科學(xué)和專(zhuān)家的不信任與反對(duì)開(kāi)發(fā)核能之間存在聯(lián)系嗎？

答：我認(rèn)為絕大多數(shù)對(duì)核能產(chǎn)生擔(dān)憂(yōu)的人，通常也是對(duì)科學(xué)有所了解的人，也正是因?yàn)樗麄兿嘈趴茖W(xué)，基于一些科學(xué)研究的結(jié)果導(dǎo)致他們對(duì)關(guān)于核電站如何安全的說(shuō)法產(chǎn)生不信任。我認(rèn)為在很多情況下是核工業(yè)自己的態(tài)度所致，例如，印度原子能委員會(huì)在福島核電站事故發(fā)生后宣布，在印度發(fā)生像福島那樣核事故的概率接近于零，正是由于這一過(guò)于自信的聲明導(dǎo)致人們對(duì)這樣的科學(xué)家充滿(mǎn)了不信任。

問(wèn)：中國(guó)也是如此宣傳核電站安全性的嗎？

答：與世界上任何地方相比，中國(guó)擁有增長(zhǎng)速度最快的核電工業(yè)，但卻要面對(duì)一個(gè)重要的決定：在何處建造核電站。到目前為止，中國(guó)所有的核電站都建在沿海地區(qū)。福島核事故之前，曾有過(guò)同時(shí)在內(nèi)陸地區(qū)附近有大型河流湖泊的地方建造核電站的計(jì)劃，因?yàn)樗械暮朔磻?yīng)堆都需要大量水源用做冷卻水，但這一計(jì)劃遭到了公眾和一些高層決策者的強(qiáng)烈反對(duì)。中國(guó)的核工業(yè)部門(mén)也是一直在說(shuō)，“大家不用擔(dān)心，我們正在建造的新設(shè)計(jì)的核電站是完全安全的?！绷硪环矫嬉灿幸恍┤藚s在說(shuō)，對(duì)于核電站的安全性，“我們?nèi)匀徊荒艽_定，我們不想冒污染農(nóng)田和河流的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

問(wèn)：在建造反應(yīng)堆時(shí)就考慮到了核廢料的處置問(wèn)題了嗎？

答：核廢料管理是從一開(kāi)始就有的嗎？我想答案是否定的。不管是在美國(guó)還是在其他地方，許多國(guó)家都認(rèn)為，在幾十年里，或者在他們建造第一個(gè)核電站時(shí)，就會(huì)開(kāi)始考慮地下核廢料儲(chǔ)存的地質(zhì)勘察工作了，但實(shí)際上到目前為止，還沒(méi)有人這么去做。我們都知道關(guān)于核廢料處理的尤卡山提議幾經(jīng)波折卻一直沒(méi)有實(shí)際行動(dòng)。事實(shí)上根本沒(méi)有運(yùn)營(yíng)中的永久性地下放射性核廢料處理和儲(chǔ)存設(shè)施。

大多數(shù)人認(rèn)為，建立核廢料儲(chǔ)存地的主要問(wèn)題是要找到地質(zhì)上合適的地點(diǎn)。但事實(shí)證明，主要問(wèn)題不在這里。主要問(wèn)題是核廢料儲(chǔ)存地附近的社區(qū)是否愿意承擔(dān)隨之而來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，難的是要找到這樣一個(gè)地方。他們說(shuō)，“我們需要先找到一個(gè)同意這么做的社區(qū)，然后才能建立一個(gè)儲(chǔ)存地來(lái)安置核廢料?！?/p>

問(wèn)：這么說(shuō)來(lái)，核電將會(huì)被淘汰嗎？

答：預(yù)測(cè)未來(lái)是一件高風(fēng)險(xiǎn)的事情。但如果你看趨勢(shì)，確實(shí)是一個(gè)在走下坡路的行業(yè)。同時(shí)，核工業(yè)在不同國(guó)家里都得到了政治上的高度支持，因此短期內(nèi)不會(huì)消亡。我認(rèn)為我們將看到的核電的未來(lái)就像是緩緩落下的夕陽(yáng)，除非在未來(lái)10年或20年取得一些突破性的進(jìn)展，關(guān)于核能源我們?nèi)匀灰鎸?duì)眾多的技術(shù)挑戰(zhàn)。

[資料來(lái)源：Amercian Scientist][責(zé)任編輯：岳 峰][資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：遙 醒]