核安全及其技術(shù)的發(fā)展

韓凱威 師鈺明 張萬(wàn)奇 劉鎮(zhèn)源 傅維東

摘要：現(xiàn)代人的日常生活質(zhì)量和水平不斷提升，對(duì)能源、資源的整體需求量也在不斷提升。電力一直以來(lái)都是能源當(dāng)中非常重要的一部分，但是電力資源無(wú)法從自然當(dāng)中獲取，只能通過(guò)煤炭、水力等各種不同類型的方式相互轉(zhuǎn)換，才可以得到。核電不僅消耗的資源少，而且使用的燃料體積小，并且運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便。只要提到核能發(fā)電，人們首先就會(huì)想到它的安全性，因?yàn)楫吘钩霈F(xiàn)過(guò)像俄羅斯的切爾諾貝利，以及日本福島這些因?yàn)楹诵孤┒鴮?dǎo)致無(wú)數(shù)人傷亡的事件，這也是制約核電這種新能源發(fā)展的原因。

關(guān)鍵詞：核能，核爆炸，核安全，核電技術(shù)

1引言

現(xiàn)代人的日常生活質(zhì)量和水平不斷提升，對(duì)能源、資源的整體需求量也在不斷提升。電力一直以來(lái)都是能源當(dāng)中非常重要的一部分，但是電力資源無(wú)法從自然當(dāng)中獲取，只能通過(guò)煤炭、水力等各種不同類型的方式相互轉(zhuǎn)換，才可以得到。20世紀(jì)出現(xiàn)了一種新的能源—核能，核能利用起初是重核裂變產(chǎn)生的能量。核裂變能源是大家公認(rèn)的清潔能源，一千克鈾235當(dāng)中所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于2000多噸煤炭，而且利用的效率更高還更清潔且具有體積小、方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)。安全是核能發(fā)展的生命線。公眾最關(guān)注的核能問(wèn)題包括核電廠的安全和放射性廢物管理。關(guān)于安全的評(píng)價(jià)取決于人們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和收益的綜合比較。在正常情況下，核能產(chǎn)業(yè)鏈工作人員所受歸一化輻射職業(yè)照射劑量?jī)H為煤電鏈的1/10，對(duì)公眾產(chǎn)生的照射僅為煤電鏈的1/50。公眾對(duì)核能安全的質(zhì)疑主要是源于歷史上發(fā)生的三里島、切爾諾貝利、福島三次嚴(yán)重核事故。同時(shí)，核裂變能源又存在著巨大的隱患，核泄漏足以讓人心驚膽戰(zhàn)，一不小心就會(huì)造成大量人員傷亡、污染環(huán)境。歷史上，第一代和第二代核電站就出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重的核泄漏事故，如蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站和日本的福島核電站。可是，更多的國(guó)家需要強(qiáng)大的電能，目前還少不了核裂變能源，核大國(guó)都在安全性方面下功夫，形成了第三代核電站，有了第四代核電技術(shù)的期望。

2核能及核電站知識(shí)

2.1核安全

廣義的核安全是指對(duì)核設(shè)施、核活動(dòng)、核材料和放射性物質(zhì)采取必要和充分的監(jiān)控、保護(hù)、預(yù)防和緩解等安全措施，防止由于任何技術(shù)原因、人為原因或自然災(zāi)害造成事故發(fā)生，并最大限度減少事故情況下的放射性后果，從而保護(hù)工作人員、公眾和環(huán)境免受不當(dāng)輻射危害。

狹義的核安全是指在核設(shè)施的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和退役期間，為保護(hù)人員、社會(huì)和環(huán)境免受可能的放射性危害的所采取的技術(shù)和組織上的措施的綜合。該措施包括：確保核設(shè)施的正常運(yùn)行，預(yù)防事故的發(fā)生，限制可能的事故后果。

2.2核事故

核事故是指大型核設(shè)施（例如核燃料生產(chǎn)廠、核反應(yīng)堆、核電廠及處理廠等）發(fā)生的意外事件，可能造成廠內(nèi)人員受到放射性損傷和放射性污染。嚴(yán)重時(shí)，放射性物質(zhì)泄漏到廠外，污染周?chē)h(huán)境，對(duì)公眾健康造成危害。

國(guó)際核事故分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（INES）制定于1990年。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）起草并頒布，旨在設(shè)定通用標(biāo)準(zhǔn)以及方便國(guó)際核事故交流通信。核事故分為7級(jí)，類似于地震級(jí)別，災(zāi)難影響最低的級(jí)別位于最下方，影響最大的級(jí)別位于最上方。最低級(jí)別為1級(jí)核事故，最高級(jí)別為7級(jí)核事故。

2.3核能知識(shí)

世界上的一切物質(zhì)都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電的電子構(gòu)成的。原子核包括質(zhì)子和中子，質(zhì)子數(shù)決定了該原子屬于何種元素，原子的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。如一個(gè)鈾-235原子是由原子核（由92個(gè)質(zhì)子和143個(gè)中子組成）和92個(gè)電子構(gòu)成的。如果把原子看作是我們生活的地球，那么原子核就相當(dāng)于一個(gè)乒乓球的大小。雖然原子核的體積很小，但在一定條件下它卻能釋放出驚人的能量。

3核電技術(shù)的發(fā)展

自20世紀(jì)50年代第一座民用核電站的建成，核電技術(shù)的發(fā)展已走過(guò)了六十多年的歷程。到目前為止，核電技術(shù)發(fā)展總體上經(jīng)歷了四個(gè)階段，又被通俗地稱為第一代核電技術(shù)、第二代核電技術(shù)、第三代核電技術(shù)、第四代核電技術(shù)。

3.1第一代核電技術(shù)

第一代核電技術(shù)。20世紀(jì)50年代后期至60年代初，第一代核電機(jī)組的核反應(yīng)堆以試驗(yàn)堆和原型堆的形式投入應(yīng)用，一般采用天然鈾為燃料，石墨作為慢化劑，主要目的是驗(yàn)證利用核能發(fā)電在工程實(shí)施上的可行性。

第一代核反應(yīng)堆受到技術(shù)條件的限制，投資費(fèi)用高，提高安全性困難，功率較低，并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，但其驗(yàn)證了利用核能發(fā)電的可行性，對(duì)核電發(fā)展具有開(kāi)創(chuàng)性意義。

于是直接從軍用部署到商用，因此附加安全設(shè)計(jì)很少，僅有的一些顯然為軍民兩用。總體上，一代堆沒(méi)有（能動(dòng)或非能動(dòng)）專用安全裝置。

3.2第二代核電技術(shù)

20世紀(jì)60年代后期，在試驗(yàn)堆和原型堆的基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成了單機(jī)容量在200MW以上的第二代核電機(jī)組。第二代核電技術(shù)主要以濃縮鈾為燃料、水為慢化劑，在第一代核電技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步證明了核能發(fā)電的可行性，并實(shí)現(xiàn)了核能發(fā)電的商業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和批量化，證明了核能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。20世紀(jì)70年代，兩次石油危機(jī)爆發(fā)促進(jìn)了核電的大發(fā)展，目前世界上運(yùn)行的400多臺(tái)商業(yè)核電機(jī)組絕大部分是在這段時(shí)期建成的，采用第二代核電技術(shù)，典型的堆型為壓水堆、沸水堆和重水堆。

4對(duì)第四代核電技術(shù)期望

1999年6月美國(guó)核學(xué)會(huì)夏季年會(huì)上，美國(guó)能源部核能科學(xué)與技術(shù)辦公室提出“第四代核能系統(tǒng)”的概念。同年11月的該學(xué)會(huì)冬季年會(huì)上，發(fā)展第四代核能系統(tǒng)的設(shè)想得到進(jìn)一步明確。2000年1月，在美國(guó)能源部的倡議下，美國(guó)、英國(guó)、瑞士、南非、日本、法國(guó)、加拿大、巴西、韓國(guó)和阿根廷等10個(gè)有意發(fā)展核能的國(guó)家聯(lián)合組建了“第四代核能系統(tǒng)國(guó)際論壇”，合作研究開(kāi)發(fā)第四代核能系統(tǒng)，總體目標(biāo)為在2030年左右，向市場(chǎng)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(wèn)題的第四代核能系統(tǒng)。

4.1第四代核電技術(shù)的介紹

2002年底，GIF和美國(guó)能源部聯(lián)合發(fā)布《第四代核能系統(tǒng)技術(shù)路線圖》，選出6種堆型作為GIF未來(lái)國(guó)際合作研究的重點(diǎn)。六種堆型分別為氣冷快堆、鉛冷快堆、熔鹽反應(yīng)堆、鈉冷快堆、超臨界水冷堆和超高溫氣冷堆。

4.1.1開(kāi)發(fā)目的

開(kāi)發(fā)第四代核電技術(shù)的目的：美國(guó)政府對(duì)核電界共同研究開(kāi)發(fā)的第三代核電技術(shù)不夠滿意的是：未考慮防止核擴(kuò)散的要求，經(jīng)濟(jì)性不夠理想。為了強(qiáng)化防止核擴(kuò)散的要求和進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性，提出要研究開(kāi)發(fā)第四代核電站。

4.1.2設(shè)想發(fā)展進(jìn)度

當(dāng)前的主要任務(wù)是研究確定第四代核電的性能要求，逐步由原則要求，經(jīng)細(xì)化為具體指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上再開(kāi)展堆型的研究開(kāi)發(fā)。預(yù)計(jì)2020年前能有一個(gè)或幾個(gè)示范電站建成運(yùn)行;到2030年以后再推廣建設(shè)。在2001年到2030年這段時(shí)間內(nèi)，將建造一批第三代的先進(jìn)輕水堆核電機(jī)組。

4.2中國(guó)核電技術(shù)的發(fā)展

目前中國(guó)在建的第四代核能系統(tǒng)包括石島灣的高溫氣冷堆示范工程和霞浦的鈉冷快堆示范工程，還有一些第四代核能系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)比如甘肅的熔鹽堆項(xiàng)目。高溫氣冷堆在10月份和11月初分別完成了2號(hào)機(jī)組和1號(hào)機(jī)組的冷態(tài)試驗(yàn)，預(yù)計(jì)明年能夠投運(yùn)，成為中國(guó)第一座第四代核電站;霞浦的示范快堆建設(shè)也在進(jìn)行，預(yù)計(jì)三四年內(nèi)可以完成建設(shè)和調(diào)試并進(jìn)入商運(yùn)階段。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建，李晨.從核安全文化視角看切爾諾貝利核事故[J].國(guó)防科技工業(yè)，2017（01）：56-57.

[2]核電站是怎樣發(fā)電的呢？[J].環(huán)境，2011（11）：54-55.

[3]核輻射：對(duì)人類危害知多少[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2011，31（03）：7.