核电站环境影响与安全

核电站环境影响与安全

摘要根据国家能源发展的中长期规划,我国未来十年将有大批核电建成投产。介绍核电运行的基本原理,分析历史上的重大核泄漏事故的原因及危害,讨论核电站的辐射等因素对周围环境与人员的影响,以及为保证核电站的安全所采取的部分保障措施。

关键词核电站;核事故;核安全;核辐射

核能是一种经济的能源。来自欧盟的报告显示,欧洲通过比较各种燃料循环的外部成本得出的结论是:燃煤和燃油发电,相关的外部成本5美分左右,天然气约1美分,核电的平均成本在0.35美分左右。我国第一座自己研究、设计和建造的核电站是秦山核电站,该电站于1984年破土动工,1991年12月15日并网发电,从那时起走到今年,我国投入运行的核电装机只有908万千瓦,即未来十年的核电装机量将比现阶段总量大的多。

核电站大体可分为相对独立的两部分:一部分是利用核能生产蒸汽的核岛,包括反应堆装置和一回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛,包括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀,铀是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器通过热交换使二回路内产生蒸汽,蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方。这就是世界上最普及的压水反应堆核电站的工作原理。

从第一座反应堆运行至今出现过三哩岛核事故和切尔诺贝利核事故两次重大核事故。1986年4月26日,前苏联切尔诺贝利核电站研究人员在做一次安全实验时,切断了反应堆所有的安全措施,却又要启动反应堆,这个实验方案严重违反了安全规程,制订的计划又极不认真,极不负责。这个试验造成第四号反应堆大厅起火,并发生化学爆炸,反应堆厂房顶盖被炸掀,放射性物质随着蒸汽和烟云进入大气,造成了对周围环境的严重污染。事故当时有2人被炸死,1人死于心脏病,救火中有29人受辐射损伤,其中28人因患急性放射性病致死。事故后周围30公里范围内撤离了21万居民。这是一次严重的责任事故,而且前苏联开发的这种石墨水冷堆具有较大的缺陷,它有一段正温度系数的正反馈工作区。在该工作区时温度增加后核反应会加剧而不是减慢,这在反应堆的设计上是不能允许的。另外,切尔诺贝利核电站没有绝大多数核电站具有的安全壳,这也使该事故危害加大。

三哩岛和切尔诺贝利核电站事故,促使有核电站运行的所有国家重新仔细检查了核电站的基本安全特性。通过经验教训分析反馈,促进了更先进的反应堆的研究与开发工作,以提高核反应堆的安全性和可靠性。这两次事故也促进了正在运行的核电站安全可靠性的提高。核电其实是一种安全性能好的能源,采取了各种安全措施,并且正确的选择核反应堆的堆型,就可以做到核电站发生事故的机率为4×10-6/堆·年,即100个核电站运行2500年,才有可能发生一次堆芯熔化的事故。而且随着时代的发展和科技的进步,人们还可以进一步地减小这一机率。即

使发生了堆芯熔化,在有安全壳的情况,也能将放射性物质阻止在安全壳之内,不让其逸散到外界去。因此核电站的安全确实是有保证的。

在核电厂设计中,也始终把安全放在第一位,在设计上考虑了当地可能出现的最严重的地震、海啸、热带风暴、洪水等自然灾害,即使发生了最严重的自然灾害,反应堆也能安全停闭,不会对当地居民和自然环境造成危害。为确保核安全,核电站的设计遵循“纵深防御、多重保护和多样性的原则”的原则。例如,重要工艺参数和设备尺寸都留有充分裕度,具有相当大的安全系数。关键的控制系统和仪器仪表都同时有两套或两套以上,一旦一套发生故障,另一套立即自动投入运行。反应堆运行一旦出现异常,快速停堆系统立即起作用,安全棒快速降落,使反应停堆。一旦发生事故,一套完善的专设安全设施自动投入运行,从各方面限制事故的发展。

人们都知道核电站和原子弹用的都是铀燃料,所以在谈到核电站时,大家都会害怕它是不是会像原子弹一样发生爆炸。其实核燃料中铀-235的含量约为3%(例如2010年06月09日秦山第二核电站3#机组第一次装入核燃料,浓度为1.9%、2.6%、3.1%的燃料大约各占该次装入燃料的1/3),而核炸药中的铀-235含量高达90%以上,正像啤酒和白酒都含有酒精,白酒因酒精含量高可以点燃,而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一样。原子弹同样是一项高技术产品,形成核爆炸有非常严格的条件。原子弹必须用高浓度的铀-235或钚-239作核装料,以一套精密复杂的系统引爆高能烈性炸药,利用爆炸力在瞬间精确地改变核装料的形状或位置,才能形成不可控的链式裂变反应,发生核爆炸。这种苛刻的条件,在核电站里是不可能有的。

在核电站的正常运行中,核燃料内虽然也在发生链式裂变反应,产生许多放射性裂变产物。但这些放射性物质会不会从核电站中跑出来。而且反应堆发生任何事故都不会让放射性物质释放到环境中去。这是因为核电站设有四道屏障,限制它们外泄。第一道是核燃料棒的材料UO2陶瓷块,它的熔点为2800℃,它的物理化学性质稳定不会和水产生放热反应。它能滞留98%以上的裂变产物。第二道是采用优质的锆合金包容核燃料和裂变产物,这种包壳具有良好的密封性和在运行条件下长期保持裂变产物的能力,极不容易破损。第三道是压力容器和整个一回路,因为都是循环密闭的,所以即使有放射性物质漏入也跑不出去。第四道是安全壳。反应堆、稳压罐、循环泵、蒸汽发生器都装在安全壳中。除了上述四道防御外,对每个核电厂均应制订应急计划。万一发生严重事故造成放射性大量外逸时,对附近居民实行隐蔽、疏散、供给药物、封锁食品,使放射性物质释放带来的损害减小到最小。有时也把它称为第五道防御。

人们都比较关心核电站的辐射对环境和人的影响,但火电的放射性是核电的50倍,只是大家不清楚而已。而且一座100万千瓦的煤电站每年至少排出24000吨CO2,360吨SO2,67吨NO2和3吨其他气体会引起呼吸道疾病,而且对电站附近的农作物生长有害,NO2和飞灰的危险也较大。核电既不排放CO2,也不排放SO2,对环境污染影响相对小很多。根据相对危害指数的分析计算,煤电站气体排放物对人们健康的危害比核电站大1880倍,燃油电站气体排放物对健康的危害比核电站大830倍。核电站产生的放射性液体在排放前经过衰变,处置除去放射性