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【干货】北大物理教授解析:关于核能/核废料的19个疑问

添加时间:2024-02-16

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16、核电厂能存在多少年?

于是又有人说,也有很多办法能够处理这些放射性核废料,比如嬗变啊,快堆啊,ADS啊,等等。那么为什么不那么做呢?把核废料处理完了,放射性降下来了,对环境危害不大了,再排放,不是很好吗?

当然现在还做不到。但是核能界的说法是,相信以后的人一定有办法做到。可是,你既然现在做不到,那么能不能请你先不要造出那么多放射性来?等你能做到了,再大力发展不好吗?70年前,你们就说,放射性的事情以后再解决。70年过去了,还是距离遥远。那么还需要几个70年?这些年积累的放射性已经是巨大的问题,隐患越来越大。出了问题谁来负责任?放射性是你造出来的,发电的钱你也赚了,出了事故是不是该你负责任?你负得起这个责任吗?福岛把太平洋都污染了,重度污染地区面积广大,谁负得起这个责任?东京电力破产多少次能陪得起这个钱?全世界的核电企业加在一起能陪得起这个钱吗?

如果是一个成熟的产业,绝对不能在赚完钱之后,为人类留下那么大的后患。你把排放物的放射性降下来,并把可以做原子弹的钚销毁掉,才算做完了一件事情,才算一个成熟负责任的行业。

再看看安全性。汽车、航空等也有安全性的问题。一个成熟的行业怎么解决安全性的呢?当然,我们都知道,就是保险。车被抢了,刮了,撞了,有保险,引起人员伤亡,有保险。航空也是一样,有比较高的航空意外险。虽然我们不愿意发生意外,但是毕竟有赔偿。

核电呢?既然安全性那么高,完全可以保证一旦发生意外,对受害人进行赔偿啊。可是没有保险公司为核电事故承担风险。如果说普通民众不理性,不能理解核电的安全性,保险公司都是专业人员,对风险事故算得很精,那么核电怎么不能说服保险公司承保核电事故呢?保险公司可以多赚很多保费的啊。

如果是一个成熟的行业,一个负责任的行业,当然要对自己可能造成的各种风险承担责任,一种成熟的模式就是商业保险。既然事故概率非常低,保险公司有利可图,何乐而不为呢?如果核电企业把所有的运行事故,乏燃料泄露事故等的后果都承担起来,当然也是一种负责的行为,核能发电当然也就成了一个成熟的商业行为。

可是核电企业负不了这个责任。你不负责任别人当然应该反对你。甚至应该通过法律,让你保证全部承担你自己造成事故的民事责任。如果做不到就不准建。你对别人造成了损害,必须赔偿,这是天经地义的,也是现代法律的基本准则之一。只管赚钱,出了事不管,这符合任何一个社会的基本道德吗?

所以,这已经跟核电无关了。任何一个人,任何一个企业,都应该遵守基本的道德规范,承担自己的法律责任。如果你承担不了自己的责任,就别干。核电如果能负这个责,我看不出来为什么要反对,如果不能负这个责,我也看不出来为什么要支持。

只是拍胸脯保证不出问题是不行的。拿出你的诚意和决心来,那就是对你的事故承担所有的民事责任。

所以,技术上看,只要解决了乏燃料核废料放射性过大的问题,以及钚的销毁,可以认为是成熟的,可以应用。从法律上看,只要你能承担你造成所有事故的民事责任,也能算作负责的正常商业行为。

如果做不到,等你能做到之后再发展不行吗?那时候,我相信大家都会支持的。

(注:国际上核电厂有政府补贴的保险,但是封顶的数目很小。大事故都是政府买单,也就是公众买单。世界上最大的两次核事故,切尔诺贝利和福岛,都是政府买单。)

17、核电都有什么特权?

1、不用承担恶性事故的民事责任。前面已经说了。根源是美国最初大力发展核电的时候,当时的总统推动了一项法令,豁免了核企的民事责任。

2、核电站投资巨大,为了保证核电投资收益,政府经常补贴电价。例如中国参与的英国的核电项目,英国政府保证在35年的期限内以高于市场价近一倍的价格收购核电站的电,并以市场价供应电网。

3、核电站工程复杂,建设期限长,经常拖期。核能界对此习以为常,并且一点都不担心,因为无论如何拖期,成本如何上升,总能在电价上找回来。

4、别的电站,如火电,风电,水电,光电,或者因为自身的原因,或者因为电网调控的需要,经常要停止发电。因而有“弃风”,“弃水”,“弃光”的说法,火电则要求停机。降功率或者停机自然会影响经济效益。但核电一旦运行,无论电网用户端负载如何变化,总是满负荷发电。调降功率或者停机是别的电站的事。这里的一个原因是:传统上核电站不好调功率。但现在调功率技术已经成熟了,但核电仍然享受持续满功率发电的权利。

那么,需要多长时间,乏燃料才能冷却到与背景差不多的水平?答案是,地球不会存活到那一天。需要多少时间,才能冷却到比背景高1百万倍的水平?答案是几十万年(不考虑剩余93%铀的放射性)。

主要燃料循环的乏燃料放射性衰减情况。普通热堆的乏燃料衰减是最上面那条黑线。也就是几十万年后,放射性才能降到铀矿石水平(横的虚线)。

上图是主要燃料循环乏燃料放射性毒性衰减情况。这里有一点需要说明:图上用的铀矿石特指加拿大的一种富集度特别高的铀矿石(15%)。纵轴上的1仍然代表背景放射性强度的一百万倍。1000年后,仅仅裂变产物的放射性仍然是背景的1万倍。

8、正常情况下,核电站对环境的影响有多大?

放射性辐射方面,正常运行条件下,核电站周围的额外放射性辐射非常小,不高于背景的千分之一,可以忽略。

但核电站的热岛效应严重。仍以一座500万千瓦的核电站为例,发热量是1500万千瓦,散热约1000万千瓦。如果仅算用电产生的发热,相当于北京,上海这样的超大城市。在内陆,这些热都要通过冷却塔蒸发水带走。这么大的发热量,一秒钟的蒸发量是6吨多,一年是2亿吨,相当于一座百万人口大城市一年的居民用水量。长江中下游本来就闷热潮湿,散热条件不好,这么大的散热量和蒸发量无疑是火上浇油(沿海电站要好一些)。

9、地方上为什么热衷发展核电?

以一座500万千瓦核电站为例,投资至少700亿人民币。核企与地方合资建核电站。地方政府出地,移民,准备厂址,普及核电知识等,只需要几亿到十几亿元。核企出其它所有的钱和技术。一般给地方30%的股份。也就是说,地方出几亿元就得到了几百亿元的权益,还有建设时的经济拉动效应,发电后的地方税收,电厂发电收入的GDP数字,等。

10、燃料闭循环可以实现吗?后处理能达到什么水平?

前面说到乏燃料潜在危害非常大,而里面的铀、钚其实还可以再利用起来,那么把乏燃料处理一下,回收有用的铀和钚等元素,并将没有用的裂变产物收集安全存放,不是很好吗?这就是乏燃料的后处理。

关于后处理,有下面一些事实:

1、乏燃料的放射性非常强,后处理的放射性防护很困难。反应在成本上,后处理厂的建设成本,生产成本,废料处置成本都非常高。

2、每一道工序都会产生额外的放射性废料。

3、到目前为止,后处理只能做一次。也就是处理过一次,回收的铀和钚放进反应堆再烧一次,就不能再后处理了。这是因为反应堆里面的裂变反应不干净。在普通的热中子堆中,铀235吸收中子后,每6个只有5个裂变,另外一个变成了铀236。而钚更糟糕,每3个里面就有1个不裂变,而是变成了钚240。钚240不会裂变,会继续吸收一个中子变成钚241,钚241的裂变率也不高,还会很快衰变为镅241,……。然后就会积累大量的超铀元素,这些超铀元素有的是β衰变,有的γ衰变,更多的α衰变。其中γ衰变穿透距离大,很难防护。因此回收利用过一次的燃料(MOX燃料)目前无法再后处理

4、后处理不能减少放射性,只能将裂变产物的放射性分离出来。但是,铀和钚的回收利用,减少了首次在堆运行后乏燃料中长寿命超铀元素及其裂变链元素的放射性。然而,由于后处理只能做一次,并且后处理过的燃料使用之后超铀元素更多,因而总的超铀元素量减少非常有限。

快中子堆,聚变裂变混合堆,加速器散列快中子亚临界堆(ADS)等概念,理论上可以燃烧超铀元素及钍232,铀238等,但是工程上很困难,离应用还非常遥远。而且,这些概念都不能减少裂变产物的放射性,或者减少有限。

11、核能专业人士权威公正吗?

1、不少核能专家提倡“适量辐射有益健康”,该说法并没有被医学、辐射防护学、监管机构认可。

2、还有专家提出“原子弹辐射污染可以忽略”,同样很少有人认可。

3、世界核能协会(WNA)“辐射与健康”介绍网页(2015年更新)中说,伊朗拉姆撒()地区背景辐射值为250到700毫西弗/年,但看不出如此高背景辐射对健康的影响。而2004到2011年间有许多公开发表的文献指出,该地区存在较高的染色体异常、身体炎性反应和妇女不育。

4、2007年左右国内引进堆型的时候,国内专家一致高度评价该堆型。但后来出现大量问题。

5、《世界核工业状态报告》是近十年来世界核工业最重要的综合报告,意在中性地评估世界核工业的发展状况,但被核工业界敌视。国内很难找到该报告的信息。2015年版7月份出来之后,10月底国内出了一个节选翻译版本,直接删除了所有“负面”的句子。读者可以搜索“2015世界核工业现状报告”,并与忠实译文比较。

6、球床高温气冷堆( )50年代到80年代末主要在德国研发,90年代初已经发现该堆型有大量问题。1989年,德国已经关闭了所有该类型的反应堆。在德国专家的影响下,南非于90年代开始关注该堆型,并于98年正式立项开发。到2010年项目终止时为止,连设计图纸都没有完成。在花费的总共90亿南非兰特政府资金中,大约20亿用于支付国际专家费和咨询费。直到项目终止前夕,德国专家还在南非的电视台上称赞该堆型是一个“完美的奇迹”。

太阳能融化核废料么_熔融核燃料_核废料可以扔太空里吗

7、核能专业人士的个人利益与核能发展相关。至少在公开的言论中,国内所有核能专家都主张大力发展核电,包括长江中下游沿岸的核电。美国最早研发核能的很多科学家后来积极反对核能。世界各国都有这种情况。而中国的整个核能行业,包括研究机构,监管机构,所有的核能专家,至少在公开言论中,全部积极倡导核能。这非常不正常。核能专家在国家核能发展政策方面影响太大。这在当今的世界上也是绝无仅有。

12、反核人士一般有什么误区?

核能牵涉的专业知识比较多,离常识比较远,因此批评的门槛比别的公众关注的问题(如水电,化工等)要高很多。如果对核能和辐射不了解,容易犯常识错误并走极端。下面列举几个常见的误区:

1、新生儿畸形。切尔诺贝利事件后,有反核人士贴出新生儿畸形的照片,指出是核事故带来的。假定照片的确是事故影响区拍摄的,胎儿也的确接受过额外的核辐射,但是还是无法在科学上证明胎儿畸形是核事故引起的。因为即使没有核事故,新生儿畸形也会发生。如果核事故后,新生儿畸形比以前有明显增加,可以推断是核事故的影响,如果没有,或者不明显,就不能断定特定畸形是核事故引起的。

2、核电站排放。核电站不像化工厂、火电厂,平常运行的时候常规气体放射性物质排放量很小,在一般的通风条件下,应该低于背景辐射的千分之一,对日常生活没有影响。但如果通风条件不良,会在局部积累较高的辐射物质,考虑照射时间不长,对健康的影响不是很大。核电站换料的时候,有比较大剂量的放射性溢出。主要是氚。

3、超标与有害。偶尔,核电厂也会发生少量的泄露或者超标排放。但是超标不等于很快对身体产生明显的伤害。一般的少量泄露或者排放会很快扩散或衰减,周围的居民很难接受到超过1毫西弗的辐射。如果有,已经是重大核事故。

4、切尔诺贝利的伤亡数字。网上传播的切尔诺贝利死亡几十万人的数据没有根据。那是把周围几十年内死的人全加上的结果。没有核事故,同样会有几十万人死亡。

5、致癌概率。额外的核辐射会导致癌症概率的增加,但是一般很有限。决定癌症发生的因素太多,不能把癌症与辐射划等号。

切尔诺贝利事故的确引起了癌症的增加。根据受到辐射的剂量估算,在乌克兰和白俄罗斯受影响的50万人口中,大约增加了4000例癌症病人。如果没有核事故,最终患癌症的人口数目也要在15万到20万之间,所以增加的癌症数目虽然不小,但仍然只有本底数的百分之三到四。按照每西弗增加5.5%的概率计算,该地区人口癌症增加比例为0.8%,也就是每人接受了0.8/5.5= 0.15 西弗或150毫西弗的额外辐射。对于每个癌症病人,只有百分之三到四的可能性是核事故引起的。

13、切尔诺贝利野生动植物繁盛说明了什么问题?

切尔诺贝利事故之后,该地区成了无人区(也有很少拒绝搬走的当地农民)。事故发生时,周边大量动植物死亡,4平方公里的森林成为“红色森林”。但几十年之后,动植物开始恢复。由于人类的缺席,该地区似乎回归到动植物繁盛的蛮荒时代。那么,这是不是说明,即使发生非常严重的核事故,对环境的影响也不是非常可怕呢?

动植物群落恢复有下面几个原因:

第一,事故后的几十年之内,辐射的主要来源是裂变产物。裂变产物辐射衰减很快(所以也很强)。十年后散落的核废料辐射功率会下降到爆炸时的千分之一以下。但是衰减会越来越慢,并且辐射类型逐渐以β、γ为主转变到α为主。

第二,辐射除了衰减之外,还会被大气循环,水循环,动植物迁移等方式扩散,地表的辐射污染物会被逐渐稀释(同时污染更大的区域)。

第三,低等生物比高等生物更能耐受辐射损害。因为越高级的生物,结构越复杂,器官或组织之间的相关性越强,依赖度越高,部分损害更容易造成整体死亡。

第四,低等生物对后代数量损失的承受能力更强。不够强壮或不够完整的后代会被迅速淘汰。比如,老鼠一窝生4只都活下来,还是生4只活3只或者2只,对一个地区的老鼠总量没有影响,因为决定老鼠总量的是栖息地的供养能力。世代更替能力不是低等生物数量的决定因素。低等生物的繁殖能力太强了。

第五,癌症需要比较长时间才起作用,一般动物寿命较短,性成熟早。

第六,癌症也好,畸形也好,放射病也好,都有一定概率继续生存。你看见的只是活下来的那些。动植物生存竞争本来就非常强,已经死亡的(不管是什么原因),不会被人注意到。死亡生物留下来的生存空间会迅速被其它生物占领。

另外,切尔诺贝利核电站旁边的池塘内发现了体型巨大的鲤鱼。挺核人士认为是核辐射没有那么可怕的证据,反核的人认为是辐射引起的变异怪物。其实,鲤鱼只要不死,就会越长越大。别的地方同样也有那么大的鲤鱼。这一事实不能说明任何问题。也许鱼的耐辐射能力很强,也许你看见的只是别的死掉后剩下的少量幸存者。

上面说的那些因素对人的影响是不一样的。首先,人对辐射的耐受能力比别的动植物差。其次,动物可以迅速淘汰不够优良的后代,但是人需要照顾患癌症,或者智障的孩子。这会为家庭和社会带来沉重的负担,严重影响很多人的生活质量,并使社会整体活力下降。

癌症也是一样。动物,比如狼,如果它的正常寿命是二三十岁,一半的狼十几岁死掉什么问题都没有。但人会活到七八十岁,如果很多人三四十岁就患上癌症,在早期的采集或者农业社会不一定是严重的问题,但是在晚婚晚育少子的现代,社会根本无法承受。

14、重大核事故直接死亡只有几十人,说明了什么?

这一点的确是事实。全世界从开始利用核能以来,直接在核事故中死亡的工作人员总共也不到100人。

有人认为这说明核事故的后果没有那么严重。

类似的说法还有,“福岛事故只有少量工作人员受到较大剂量的辐射,而疏散周围的居民却导致了3200人因疏散本身导致健康状况恶化和自杀而死,所以,不疏散对当地民众更好”。

这些说法无法解释,为什么政府要强行疏散大面积区域内的居民。而且还必须证明,如果不疏散,这些人知道自己生活在严重的辐射环境之中,还能泰然自若,保持内心的安宁,并坦然接受增加的癌症风险。或者,“为了这些人的利益”,严密封锁消息,不告诉他们发生了重大核事故,他们的生活环境有严重的辐射污染?并且,“为了更多人的利益”,把那些试图揭露真相的人抓起来封口?

还有一个原因,事故地区测到的放射性强度数值严重低估了放射性的危害。因为普通剂量计测量的都是γ辐射和少量β辐射的强度,α辐射几乎测不出来。α、β辐射在人体或体表内照射产生的伤害要比体外辐射(转化为γ射线,X射线)对人体的危害大很多倍。这就是为什么事故处理人员必须全副武装,不沾一粒灰尘。如果公众不疏散,实际受到的辐射危害远不止是辐射计读出的数值。

单独的直接死亡人数远远不能描述核事故的后果。

15、核电是一个成熟的产业吗?

核电是一个工业行业。从50年代第一座民用核反应堆投入运行以来,已经过去了60多年。与别的同样从无到有发展起来的工业行业,如汽车,航空,石油化工等相比,核电发展的时间不短了,好像应该非常成熟了,但是事实是这样吗?

一个成熟的行业对环境不应该产生较大的负面影响。汽车,航空,石油化工都有排放问题,都有强制排放标准。那么核能有没有呢?其实核能也有,就是各种场景下(如采矿,燃料生产,运行,等)工人或者公众接受额外辐射的标准。但对最大的辐射源,也就是乏燃料(以及后处理工艺带来的各种高低放核废料),却无法制定标准。乏燃料放射性巨大,从反应堆中刚取出来的时候(停堆1个星期之后),放射性是背景的2万亿倍,放了1年之后,是1000亿倍,10年之后,100亿倍。往后衰减就很慢了,几十万年之后才能降到100万倍。

现代人类对放射性的承受能力,不能超过背景很多,一两倍就是极限了,核工业怎么好意思定一个几十亿倍的排放标准呢?因此只好说,我们会把核废料藏得好好的,保证几十万内不会危害环境。可是有谁能保证几十万年呢?

18、核扩散究竟有多可怕?

世界上第一颗原子弹爆炸已经过去了七十多年。原子弹的工作原理(包括很多细节)已经人所周知。一个普通人做成一个原子弹的唯一障碍是如何获得原子弹的原料。钚在自然界几乎不存在。但是反应堆工作的时候,能够生产出大量的钚。这些钚很容易用化学方法提取出来。而另一种常见的原子弹原料(铀235)的获取,即浓缩,门槛要高得多。

钚一旦提取出来,把几块低于临界质量的钚凑一起,马上就成为一个原子弹。做一个原子弹总共只需要6公斤的钚,只有一个易拉罐大小。一旦钚失去控制,非常容易在任何地方出现一个一点就着的原子弹。每吨乏燃料里都有至少10公斤钚。全世界已经积累了几十万吨的乏燃料。

说明:一般把钚分为武器级和反应堆级,区别在于钚239占的比例。钚239越纯,原子弹的威力越大。但反应堆级的钚也可以做原子弹。武器级钚和反应堆级的钚,对于恐怖分子来说,只有爆炸当量是几万吨还是几百吨的差别。

因为担心钚的扩散,到目前为止,美国仍然禁止对乏燃料进行后处理。

我国最近已经确定投800亿建乏燃料处理厂。

19、第四代堆是不是先进、安全得多?

1、所有的第四代堆,如钠冷快中子增殖堆,高温气冷堆,熔盐堆,都是核能刚开始的上世纪40年代的技术。超临界水堆是传统压水堆的改进。本世纪初,美国提“核能复兴”的时候,把几个一直在研发的概念拿出来,叫做第四代反应堆。这是形势需要,人为创造出来的一个概念。从这些技术的发展及应用历史来看,它们更应该叫做失败的第一代反应堆。

2、前几年在国内被寄予厚望,并列入重大科研项目的快堆,熔盐堆,高温气冷堆,经过一段时间的研究了解,以及国际上相应技术资料的公开,大家实际上已经不相信以前立项时描绘的美好愿景了。

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