核电及其安全

    近年来，我国大气污染加剧，雾霾频发，燃煤和汽车尾气排放都是大气污染的主要来源。核能与可再生能源、天然气被称为低碳能源“三匹马”，以核能发电代替燃煤发电，在正常情况下不产生大气污染物，是减少环境污染的有效途径。目前，核电技术的安全性日益增强，对于煤炭占一次能源67%的中国来说，增加核电是一个现实的选择。

     一、核能

    核能分为两类：裂变能和聚变能。裂变能是由重原子核裂变释放出来。例如，铀-235原子核发生核裂变时，原子核受到外来中子轰击，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2—3个中子。裂变产生的中子又去轰击其它铀-235原子核，引起新的裂变（称为链式反应），并释放出巨大的能量。1千克铀-235裂变产生的能量，相当于1170吨煤燃烧产生的能量。核裂变已经被人类利用来发电，其核燃料有铀、钍和钚。

    聚变能和裂变能相反，是由质量小的原子，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并释放出巨大能量（大约为核裂变的 4倍）。核聚变比核裂变优势更大：辐射极少，燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘，其来源几乎可以说是取之不尽。然而，掌握核聚变控制技术难度相当大，目前科学家正在努力研究之中。

    二、核电站的工作原理和安全保障

    核电站的工作原理是：核燃料在反应堆内进行裂变并释放出大量热能，通过高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动汽轮机旋转，再带动发动机发电。核电站由两部分组成：1、利用核能产生蒸汽的核岛，主要是核反应堆装置和蒸汽供应系统；2、利用蒸汽进行发电的常规岛，这部分和普通火电厂并无太大区别。从核电站事故发生的原因分析，核电站安全基本上就是核岛安全。

    核反应堆是核电站的“心脏”，其种类有压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆、石墨气冷堆、高温气冷堆和快中子增殖堆等。目前最具竞争力的堆型是压水堆（约占61%），其次是沸水堆（约占24%），重水堆仅占约5%，其他堆型极少。以压水堆为例，核裂变的链式反应产生的大量热能，用循环水不断带走热量，一来避免反应堆因过热而烧毁，二来这些导出的热量成为核电站的直接能量。控制设施依人的意愿决定核反应堆的工作状态；核燃料及裂变产物有强放射性，会对人造成伤害，必须有可靠的防护措施；核反应堆发生异常时，要防止各种事故工况下辐射泄漏，还需要各种安全系统。因此，核反应堆的结构是：核燃料+慢化剂+载热体+控制设施+防护装置+安全设施。

    核燃料在反应堆内产生的裂变能，核电站安全隐患主要来自反应堆。核电站所有带强放射性的关键设备都安装在反应堆安全壳厂房内，以便发生事故时限制放射性物质外溢。为防止放射性物质外逸，压水堆中有三道安全屏障：第一道是将核燃料制成二氧化铀陶瓷芯块，叠放密封在的锆合金包壳内，制成燃料棒；燃料棒组成的堆芯及换热器密封在壁厚200毫米的钢质压力容器内，形成第二道屏障；第三道屏障是安全壳──壁厚1米左右、内有6毫米厚钢衬的反应堆厂房。

      三、世界核电技术的代际演进

     世界核电已经走过了半个多世纪。第一代核电厂是上世纪五六十年代美苏英法少数国家建造的核能发电试验装置、原型电厂，主要是研究探索性，从工程实践上验证了发展核电的可行性。第二代核电厂按照较为系统的核安全标准设计，实现了商业化、批量化，支撑了上个世纪世界核电的发展，但仍存有相当的安全隐患，发生过重大核事故。

    1979年3月28日美国宾夕法尼亚州三里岛核电厂二号压水堆发生堆芯失水而熔化和放射性物质外逸的重大事故；1986年4月26日前苏联切尔诺贝利核电厂由于设计漏洞及连续操作失误，反应堆发生爆炸和严重核泄漏。之后，美欧先后提出了“用户要求文件”URD和EUR，要求核电厂安全性与经济性相统一、先进性与成熟性相统一。据此，在已有经验和技术的基础上，先后研究开发出一批先进轻水堆，利用这些核电技术建造的核电厂统称为第三代核电厂。

    当前，第三代核电技术成为世界核电发展的主流。其基本特征表现为：安全指标更高，例如事故条件下反应堆堆芯熔化的概率、大规模放射性释放的概率，比第二代核电厂要低两个数量级，安全壳能够抗商用大飞机撞击；反应堆中大量使用可燃毒物，提高燃料燃耗，减少核废物的产生量；设计理念更为简化，施工建设模块化，工期进一步缩短；采用数字化仪控系统，电厂运行易于操作，能有效防止人因失误的影响。随着核电技术的进步和安全要求的不断提高，核电厂系统越来越复杂。针对每个核电技术领域都有明确严格的法规标准导则要求，多重预防提高了核电厂的安全系数。

    2011年3月11 日，日本发生9.0级地震并引发高达10米的强烈海啸，由于福岛第一核电站的设计没有考虑海啸可能带来的影响，导致多座反应堆外部供电中断，内部应急交流电源（柴油发电机组）失效，冷却系统难以运行，堆芯熔毁，发生爆炸引发核辐射物质泄漏。日本福岛核电站事故发生后，核电的安全问题再次引起公众的强烈关注。为了不断拓宽核能和平利用空间，持续提高核电的安全性、经济性、可靠性，人们提出了“第四代核能系统”的概念，在减少核废物、防止核扩散以及消除严重事故、避免厂外应急等方面提出了一系列更新颖的规划设想，选择了超临界水冷堆、超高温气冷堆、熔盐堆系统、气冷快堆、钠冷快堆、铅冷快堆等技术方案作为重点开发对象。

      四、我国核电产业可与核电强国同台竞技

    上世纪80年代，我国建设了第一座核电站——秦山核电站，目前实际运营22家。在建机组近30台，规模全球第一。现在我国核电技术已具备与核电强国在国际市场上同台竞技的实力。目前国际公认的技术是三代核电，我国已有两大自主品牌——“华龙一号”和CAP1400，均拥有完整的自主知识产权，实现了先进性和成熟性的统一、安全性和经济性的平衡、能动与非能动的结合，具备国际竞争优势。

     国务院《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》提出，在采用国际最高安全标准、确保安全的前提下，适时在东部沿海地区启动新的核电项目建设，研究论证内陆核电建设。到2020年，我国核电装机容量将达到5800万千瓦，在建容量达到3000万千瓦以上。值得一提的是，今年4月15日召开的国务院常务会议决定核准开工建设“华龙一号”示范机组——我省福清核电站5、6号机组。此外，中核工业集团已和英国、阿根廷、埃及等欧洲、拉丁美洲、非洲及南亚近20个国家签署相关合作协议，海外首堆工程有望年内开工。“华龙一号”的主要技术指标和安全指标满足我国和全球（包括欧美）最新安全要求，必将从福建走出国门、走向世界。  （市老科协  吴智辉）