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核电解读(3)
http://www.100md.com 2011年5月15日 《百科知识》 2011年第10期
     围居民和环境的影响。

    按照纵深防御的原则,目前的设计在核燃料和外部环境之间设置了四道屏障。第一道屏障:核燃料放在氧化铀陶瓷芯块中,并使得大部分裂变产物和气体产物95%以上保存在芯块内;第二道屏障:燃料芯块密封在铅合金制造的包壳中构成核燃料芯棒,具有足够的强度且在高温下不与水发生反应;第三道屏障:压力管道和容器冷却剂系统将核燃料芯棒封闭在20厘米以上的钢质耐高压系统中,避免放射性物质泄漏到厂房内;第四道屏障:反应堆安全壳用预应力钢筋混凝土构筑壁,厚近100厘米,内表面加有O.6厘米的钢衬,可以防御来自内部或外界的飞出物,防止放射性物质进入环境。

    核电站配置的外设安全系统主要有以下几个:①隔离系统,用来将反应堆厂房隔离开来,主要有自动关闭穿过厂房的各条运行管道的阀门,收集厂房内泄漏物质将其过滤后再排出厂外。②注水系统,在反应堆可能“失水”时,向堆芯注水,以冷却燃料组件,避免包壳破裂。注入水中含有硼,用以制止核链式反应。注水系统使用压力氮气,在无电流和无人操作情况下在一定压力下可自动注水。⑨事故冷却器和喷淋系统,用来冷却厂房以降低厂房的压力。在厂房压力上升时先启动空气冷却,再进一步可以启动厂房喷淋系统,将冷水或含硼水喷入厂房,以降热和降压。
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    万一发生了核外泄事故,应启动应急计划。应急计划的内容主要包括:疏散人员,封闭核污染区(核反应堆及核电站),清除核污染,以保证人身安全和环境清洁。

    乏燃料的处理

    所谓乏燃料,就是从反应-堆里烧过的核燃料,又称辐照核燃料。据估计,全世界每年卸出的乏燃料约有1万吨。由此提出了对乏燃料如何进行科学处理和有效管理的问题。

    乏燃料并不是核废料,因为它还含有丰富而宝贵的核素,其中包括未用完的可增殖材料铀238或钍-232,未烧-完的和新生成的易裂变材料钚239、铀-235或铀-233,以及核燃料在辐照过程中产生的少量的超铀元素镎237、镅-241、锔-242等,另外还有裂变产物元素锶-90、铯137、锝-99,以及贵金属(铑、钯)等,这些都是可应用的同位素。

    乏燃料后处理是核燃料循环后段中最关键的一个环节,是对目前对核反应堆中卸出的乏燃料的最广泛的一种处理方式。后处理是对乏燃料中所含的96%的有用核燃料进行分离并回收利用,其余产物经固化后进行深地质层处置或进行分离嬗变。这是一种闭路核燃料循环,其特点是铀资源利用率提高,减少了高放射性废物处置量并降低其毒性,但缺点是费用可能较高,可生产高纯度的钚,有核扩散的风险。
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    如果把乏燃料经过冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存,虽然概念简单、费用低且无高纯钚产生,降低了核扩散风险,但缺点是广东岭澳核电站岭澳核电站二期4号机组反应堆压力容器废物放射性及毒性高,延续时间可长达几百万年。

    乏燃料的后处理一般经过以下几个环节。一是冷却贮存。刚从反应堆卸出的乏燃料,具有强放射性且继续释放出热量,要放到反应堆四周的深水池中冷却至少半年以上:二是通过水法或干法技术,把上述有用的元素提炼出来,剩下的才是真正的核废料;三是固化处理。将具有高放射性的核废物与熔融的玻璃混合,凝聚成质地坚硬、性能稳定的固体,再封装在专门的不锈钢桶内;四是深埋处理。把固化好的废物桶放到人烟稀少、地质结构稳定、没有地下水的废矿或岩层深处,保证几万年或更长时间不会泄露到环境中。

    一般压水堆核电站乏燃料中铀235为0.8%~1.3%,比天-然铀中的铀235的含量0.71%还高。另外还有新生的可裂变物质钚一239。通过后处理可从乏燃料中回收有用的铀和钚,再制成二氧化铀或二氧化钚,返回核反应堆使用,大大提高铀资源的利用率。据专家测算,将后处理得到的铀和钚返回压水堆中使用可节省天然铀30%左右。后处理还可以使放射性废物减容和降低毒性。后处理不仅可显著地减少需长期深地质层处置的核废物体积,而且可使最终废物的放射性毒性大幅度降低。
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    能源格局中的核电

    目前,全球近90%的一次能源消费依赖石油、天然气、煤炭三大化石型能源。大量使用煤、石油等化石燃料所引起的环境问题越来越引发人们的关注和忧虑,所以,世界各国都在竭力发展洁净能源,以替代化石燃料。目前洁净能源类型包括核电、风能、太阳能、水电、地热能等。核电凭借资源丰富,环境污染低,已成为国际能源领域的热点。

    高效率、高清洁的核能将在能源格局中扮演越来越重要的角色。首先,核能发电不会造成空气污染,因为它不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中;其次,核燃料能量密度比起化石燃料高几百万倍,故核能电厂所使用的燃料体积小,运输与储存都很方便,一座百万千瓦级的核能电厂一年只需30吨的铀燃料,一次航行的飞机就可以完成运送:第三,核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本不易受到国际经济情势影响,故发电成本较其他发电方法更为稳定。

    据国际研究机构的预测,到2030年全球的核电发电量实现翻倍。美国能源部2007年宣布,美国将兴建32座核能发电厂;俄罗斯计划在2020年前建造40台核电机组;英国于2008年1月决定恢复建设核电站:中国目前正在制定中国核电发展民用工业规划,预计到2020年中国电力总装机容量为9亿千瓦时,核电的比重将占电力总容量的4%,即中国核电在2020年时将为3600~4000万千瓦。也就是说,到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。
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    根据国际原子能机构的数据,目前全世界正在运行的核电站有439座(2007年9月统计数),全世界核电总装机容量约为3.7亿千瓦,核电年发电量占世界发电总量的17%。2007年核电发电量占全国总发电量25%以上的国家和地区共16个,其中法国和立陶宛的核电份额均超过60%。中国目前已有秦山核电站、秦山二期核电站及扩建工程、秦山三期核电站、大亚湾核电站、岭澳核电站一期、田湾核电站一期等核电站投入运营,另有12家正在建设的核电站和25家筹建中的核电站,中国在建的核电规模已经在世界上名列第一位。照此速度,到2020年中国核电装机很可能会达到8000万千瓦,在世界上排第二位,从而成为一个名副其实的核电大国。

    与核电的优势并存的是不容忽视的核能风险。核电站会产生高低阶放射性废料,或者是使用过的核燃料,虽然所占体积不大,但因具有放射性,, 百拇医药(方锦清)
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