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核安全应急理念:不求人
第三代核电站反应堆类型的代表,有美国西屋电气公司的AP1000、法国阿海珐公司的EPR、俄罗斯原子能公司的AES2006等。其中AP1000的特点是,一旦遭遇紧急情况,它的“非能动安全体系”可不用依赖交流电源、应急发电机等外部能源,仅利用物质的重力、流体的自然对流、扩散、蒸发、冷凝等原理,即可在事故应急时冷却反应堆安全壳并带走堆芯余热。至少72小时内,不需要工作人员干预。反应堆安全壳的设计为紧急情况留有很大余地,即使是严重事故,也不需要场外应急措施。EPR则拥有一套简化的安全系统,至少有两条隔离的独立交流电源与电网相连;事故发生时至少30分钟不需要人工干预;在丧失全部冷却水的情况下,保证核燃料两小时内不损坏;停电状态下保证燃料8小时内不损坏。目前,这两种机型已经被我国引入并加以推广。
我国2010年开工的海南昌江核电站采用二代改进型核电技术 。
不难看出,这一代核电站的安全理念是强调核电站设施的固有安全性,从而保证事故发生时,核电站有足够的自保能力,尽量不靠人工救助,既能让应急反应更快,又能避免人身伤害。
在新建更好更安全的第三代核电站的同时,自然也不能放任那么多现役的第二代核电站成为“不定时炸弹”。通过增设氢气控制系统、安全壳泄压装置等设备,第二代核电站的安全性能也大幅升级。这里的氢气来自反应堆过热,核燃料棒中的金属材料锆在高温下和外围的水发生化学反应而生成。福岛核事故的爆炸,正是由于氢气泄漏到空气中与氧气混合所引发。当然这种爆炸不同于核武器爆炸,只是氢气和氧气激烈地结合成水的过程,本身并没有放射性。
改进后的二代核电站,虽然整体上“前浪”难敌“后浪”,但基本满足了安全要求,不至于短期内被“后浪”拍死在沙滩上。未来一二十年,随着第二代核电站的老去,第三代核电站将取代它的主力地位。我国目前在建和规划待建的核电站,都将采用第三代核电技术。
苏联建成的世界第一座核电站——奥布涅斯克实验性核电站,已经退出历史舞台,并被改造成核能博物馆。
第四代还在襁褓中
第三代核电站的热度还没过去,美国能源部(DOE)又在1996年提出了以核废物减量、节约铀矿资源、进一步强化固有安全性为目标的第四代核电站的概念。
2001年7月,美国能源部牵头,由美国、英国、韩国、南非、日本、法国、加拿大、巴西、阿根廷9国,成立了第四代核能系统国际论坛(GIF),中国、瑞士和欧洲原子能共同体后来也加入其中。该论坛目前确立了6种有前途的第四代核反应堆作为重点研发对象,包括3种快中子堆——钠冷快堆(SFR)、铅冷快堆(LFR)和气冷快堆(GFR),以及3种热中子堆——超临界水冷堆(SCWR)、超高温气冷堆(VHTR)和熔盐堆(MSR)。这些设计的目的是要达到大幅减少核废料、更充分利用铀资源、降低核电站建造和运营成本、防止放射性物质外泄的目的。
2008年10月和2009年3月,我国分别加入了超高温气冷堆和钠冷快堆两个系统的研究。超高温气冷堆发电效率高,余热产量小,由于以气代水作为冷却剂,有利于在内陆设厂。在冷却系统发生事故后,核燃料温度上升速度比现役反应堆类型慢得多,进一步远离堆芯熔化这种有严重后果的事故。钠冷快堆的特点则实现了核燃料与反应产物之间的循环运转,而且核燃料的再生速度比消耗速度更快,相当于越用越多,大大提升了铀的利用率,还能减少高放射性废物的产量。不过,现在为这些高大上的科技拍手叫好还为时尚早,据GIF的估计,第四代核电站最快也要到2030年才能投入商业运行。
更高目标:驯服核聚变
60多年来,核电站的实力可谓一代更比一代强,但它们无疑都是围绕铀、钍、钚这些重元素核裂变反应的原理做文章。如果和轻元素发生核聚变反应的原理相比,即便是当今最先进的第四代核电技术也要甘拜下风。
核聚变原料来自氢元素家族的氘和氚,在特定条件下发生碰撞,聚合成个头稍大的氦元素。这个过程比铀元素裂变产生的能量还要大得多,而产物只有无毒无放射性的氦气,没有棘手的高放射性废物需要处理,原料的丰富程度也是铀矿储量难以企及的。太阳就是利用这样的反应哺育了地球四五十亿年。很遗憾,我们现在的科技水平还远远驾驭不了这种能量。其实,在第一座核电站问世前两年,美国就已经率先利用核聚变原理,做成了比原子弹威力更强的武器——氢弹。但是,炸弹是没法用来烧水做饭的,半个多世纪后的今天,人们依然“Hold”不住核聚变的野性。然而,把核聚变从毁灭性武器“驯化”成随开随关、火力可调的和平“炉灶”,一直是核电发展的革命性目标。
采用第三代核电技术EPR(欧洲先进压水堆)的芬兰奥基洛托核电站。
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