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大亚湾核电站压水堆,有两个供水回路,没有水交换,只有热能和蒸汽的交换;而且有非常坚固的混凝土外壳将核物质隔离起来,这样核电站的安全性能就提高了,而日本的厂房只用一个屋顶将它盖起来。——— 张纯祥
南都讯 中山大学物理系教授、粒子物理与原子核物理学博士生导师张纯祥在小谷围科学讲坛上介绍了几种常见的核反应堆。
全世界核电站多数用压水堆
首先介绍的是前苏联切尔诺贝利核电站的形式,学名很长,叫“压力管式石墨慢化沸水堆”,它用石墨作慢化剂,轻水作冷却剂,在压力管内沸腾。这是前苏联独有的一种核电站,只有一个回路。由于它用石墨作慢化剂,对铀-235的浓度要求比较低,甚至可以用天然金属铀作燃料;但自身安全系数差,没有安全壳,“一旦失水,堆芯暴露,高温下石墨容易燃烧,所以会有切尔诺贝利那样严重的核电站事故。”
第二种是日本福岛核电站的形式,由美国G E公司设计。水在反应堆内汽化,产生蒸汽直接推动汽轮发电机。由于水在反应堆内汽化时呈沸腾状,故称为“沸水堆”。蒸汽只经过一套循环回路,就将堆心中的热传递出去。问题在于,当反应堆停止时,温度还是很高,“达到上千摄氏度,如果不再给水循环的话,燃料棒就会产生问题,这就是沸水堆的问题。”
最后一种,张纯祥说,就是大亚湾核电站使用的“压水堆”。“为了保证经过堆芯(核燃料区)的冷却水不汽化,就要对冷却剂保持一定压力,故叫压水堆。广东大亚湾核电站安装的是性能极好的第二代压水堆。”
张纯祥展示了大亚湾核电站压水堆的示意图,“有两个供水回路,没有水交换,只有热能和蒸汽的交换;而且有非常坚固的混凝土外壳将核物质隔离起来,”这样核电站的安全性能就提高了,而“日本的厂房只用一个屋顶将它盖起来”。
他说,全世界核电站中多数采用压水堆。20世纪90年代以来,还出现了改进型压水堆、先进型压水堆、欧洲压水堆等。改进后,安全性和经济性能都有很大的提高,电价已可与有机燃料电站相比。
将来装备第三代反应堆更安全
大亚湾核电站的先进之处,还在于有一个“非能动安全注入系统”,运用自然重力、对流、冷凝和蒸发,比常规电厂具有额外的安全度。这里面包括了安全水箱和稳压箱。如果有任何的反应,不需要人操作,系统就会自动启动,同样可以实现给水,尽管有停电事故的也不会出现大的问题。
为什么?因为相比常规电场,“非能动安全注入系统”的设计中,安全壳内储有大量(50万加仑)重力给水,运行时不论发生小的泄漏,还是大的事故,都不需要操作员采取补水措施。
而“非能动余热导出热交换系统”在蒸汽发生器不能导热的时候,可将堆芯衰变余热导出,“这就是日本核电站碰到的问题”。
张纯祥还透露,我国正在着手部署新的核电站,引进了美国西屋电器公司的改进技术———发电成本仅为3.6美分/(kW.h),具有很好的竞争力———正在进行“国产消化吸收”,将来中国核电站就会装备第三代的反应堆,安全性要比现在好。
更先进的,还有欧洲压水堆:法国和德国在现有的大型压水堆为基础加以改进而开发的先进压水堆:采用双层安全壳,外层抵御外部事件,内层可将严重事故的后果限制在核电站内;即使发生堆芯融化事故,熔融物也可滞留于堆芯熔融物释放区内,并可利用重力使水储存相中的储水直接流入释放区进行冷却。
■听众反应
对核辐射“淡定”说抢购盐“太傻”
昨天,记者随机采访了几位前来参加小谷围的观众,发现虽然日本还未从核危机的阴影里完全走出,但是市民们表现得很淡定,并没有忧心忡忡的样子,有市民表示国内需要从日本核事故中吸取教训,好好反思。
相信日本能搞定核事故
“我是带着学习的心态来的”,刚从青海民族大学毕业的杨程表示,核爆炸的危害还是很大的,他希望从小谷围了解这次日本核事故到底有什么危害,广大民众又该如何防护。
“日本地震虽然是意料之外,但是我相信日本能治理好的”,心理学专业出身的杨程还现场“支招”:如果中国发生核事故,应该先把群众心理稳定下来,并学习日本媒体,将应对措施公之于众。
他表示,虽然灾后日本国内秩序井然,但是日本民众心里可能很乱,只不过“政府做得很好,民众也很支持政府”。
杨程并不担心核危机会对广州造成影响。“现在各国都那么重视,广东每天也都检查”,只要政府及时干预,就不会很严重。
中国需要吸取经验教训
“福岛这一次最坏也就是切尔诺贝利那样”,来自河南的韩良是一位核爱好者,他持续跟踪了最新的新闻报道,认为日本并不会产生核危机。
“现在的技术发展现状能否预防日本这样的核事故呢?”由于从中学学物理时就对核知识产生了浓厚兴趣,因此这一次来小谷围,韩良希望能够了解核电站的工作原理,核电站又是如何发点的,以及目前预防核事故的技术手段是否成熟。
“我是来恶补的”,家住广州越秀的吴先生称,今天特意和太太一起来学习,填补“以前的一片空白”。在讲坛现场,他不时认真地做笔记,不时用相机拍下PPT。讲坛结束后,他还拿着U盘向张纯祥拷贝PPT。
他认为核电是广东的重要能源,所以应该从日本核事故中吸取教训。“日本那么严密都发生了事故,所以国内要反省”。
吴先生认为,中国和日本这么远,有污染也被空气和水稀释了,所以并不担心。谈起抢购碘盐的风潮,他摇摇头说“太傻了”。
■核事故回顾
三里岛核事故
时间:1979年3月28日凌晨
地点:美国三里岛核电厂二号机组
危机级别:5级
事故经过:由于蒸汽发生器的冷却丧失,核反应堆和汽轮机自动停止运行,三个辅助给水泵自动启动,因给水管上的阀门在检修后忘了打开,蒸汽发生器得不到必要的冷却,使蒸汽发生器烧干。一回路的温度和压力上升,过压使得卸压阀自动打开,但这个阀门未能回座,造成一回路三分之一多的冷却剂(约121立方米)从系统中流失(失水事故),压力在继续下降。事件后两分钟,应急堆芯冷却系统投入,将新的冷却水注入一回路系统。然而电厂运行人员错误地认为一回路已经注满了水,因而在几分钟后关闭了高压应急注入系统。在事故开始后大约两小时八分钟,运行人员才发现稳压器阀门是打开的,关上阀门才停止了反应堆冷却剂的流失。
后果:事故实际上对环境和居民几乎没有造成任何危害,对环境的影响也不大,但经济的损失几乎使核电厂业主破产。据估计,三里岛二号核电厂的基建投资为8亿美元,而事故后的恢复工作在10年期间已耗资10亿美元。
切尔诺贝利核事故
时间:1986年4月26日
地点:前苏联乌克兰北部切尔诺贝利核电站
危机级别:7级
事故经过:电站的4号反应堆计划停堆检修和试验,以改善电站安全性的措施。由于试验准备不充分,试验中又违反了一系列操作规程,进行了一连串错误的操作。
后果:前苏联共动员应急处理20万人,参加清理人员80万人,4小时将大火扑灭,30公里范围内撤走27万居民。事故发生后,出动300多架次直升飞机,向反应堆堆芯部分投下1000多吨砂子,5000多吨黏土、硼砂、白云石、石灰石和铅等,形成防护层。
在反应堆的六个面又安装了6000多吨金属结构,还用1米厚的混凝土封起来,被称为“石棺”。
事故现场的消防人员和厂内职工有29人因患急性放射病在数周内死亡,有2人由于分别死于化学爆炸,共死亡31人。499人住院观察,其中237人有急性放射病状,最后确诊为急性放射性病患者134人,其中有14人在10年内死亡。
福岛第一核电站事故
时间:2011年3月11日
地点:日本福岛第一核电站
危机级别:5级
事故经过:福岛第一核电站采用的是70年代设计的沸水堆,安全性能并不先进。地震、海啸发生后,反应堆自动关闭。由于柴油发电机组,被海水冲毁,反应堆停水,堆心温度上升,可能核燃料部分烧毁,发生氢气爆炸,放射性外泄,但事态仍存在很大的不确定性。