[糾結(jié)的核電站]核電站
發(fā)布時間:2020-04-05 來源: 歷史回眸 點(diǎn)擊:
逃離福島 日本是個資源匱乏的國家,上世紀(jì)70年代之前,其能源主要依靠進(jìn)口。60年代末期,日本找到了一種廉價的、可以提供大量能源的方法――核電。1973年開始,發(fā)展核能成為了日本的國策。今天,日本成了世界第三大核能大國,它擁有53個核反應(yīng)堆,核電供應(yīng)了日本34.5%的電量需求。
距離東京220公里的福島的核電站隸屬東京電力公司,到2011年,這里的1號堆就能圓滿達(dá)到40年的設(shè)計使用壽命。按照計劃,這臺雖然垂老卻仍狀態(tài)良好的機(jī)器將延壽20年,到2031年退役。
3月11日9.0級大地震發(fā)生時,福島電站的1-3號堆正在工作,4-6號堆則因例行檢修恰好停機(jī)了。根據(jù)設(shè)計,地震一發(fā)生,震源周邊核電站的11臺核反應(yīng)堆馬上自動停機(jī)了,福島第一核電廠正在工作的1、2、3號反應(yīng)堆也停機(jī)了。
然而,停機(jī)后的核電站堆芯仍有大約3%左右的蓄積熱量不能發(fā)散掉,需要持續(xù)冷卻數(shù)天。最初,備用的柴油發(fā)電機(jī)被用來給1號堆的冷卻系統(tǒng)供電,1小時后的海嘯摧毀了所有的柴油發(fā)電機(jī);工人們又抱來了備用電池,它們可以提供8小時左右的電源,另外一些工人則從外面拉來了新的柴油發(fā)電機(jī)。根據(jù)MIT的一位科學(xué)家Oehmen Josef提到過的信息:“因為接口不匹配,這些發(fā)動機(jī)無法接到電站。”很快,冷卻系統(tǒng)幾乎停止運(yùn)行,壓力容器中的水大部分變成了蒸汽,這導(dǎo)致壓力容器的壓強(qiáng)越來越大,幾乎達(dá)到了正常值的兩倍。
為了給最核心的壓力容器減壓,工作人員打開閥門,放出了這些直接與燃料棒接觸而可能攜帶輻射物質(zhì)的蒸汽。
核電廠附近的輻射水平升高,但被認(rèn)為只會對人體造成“極其細(xì)微的傷害”。3月12日下午,1號堆外墻發(fā)生了爆炸,但隨后,有官方機(jī)構(gòu)解釋,盛放核燃料的壓力容器并未受損,隨后,2、3號堆也都發(fā)生了爆炸。之后,東京電力決定向反應(yīng)堆中泵入海水用來冷卻燃料棒。
因一位工作人員的失誤,為反應(yīng)堆提供冷卻水的柴油機(jī)停止工作,導(dǎo)致2號堆空燒,燃料露出水面。3月15日,日本當(dāng)局已證實2號反應(yīng)堆“可能發(fā)生了壓力容器底部受損”;核電站附近輻射水平很快升到了“足以危害人體健康”的程度。截止發(fā)稿前,日本首相菅直人發(fā)表告國民書,稱核泄漏趨向嚴(yán)重,要求20公里內(nèi)居民迅速撤離,20-30公里周圍的居民也做好撤離、疏散的準(zhǔn)備,目前不要離開建筑物。
4天之內(nèi),因為一座核電廠的事故,方圓900公里幾乎空了。
核能曾被認(rèn)為是安全和最清潔的能源,現(xiàn)在,日本的事故引發(fā)了世界范圍內(nèi)的憂慮,但在眾說紛紜中,相當(dāng)部分人堅持核能仍是人類應(yīng)該堅守并鼓勵的能源渠道。
從死神開始
“生不逢時”,這4個字是對核能及核科學(xué)誕生的最好描述。在量子力學(xué)的推動下,原子核理論在1920-1930年代突飛猛進(jìn),此時正值歐洲兩次大戰(zhàn)的夾縫中。1938年德國物理學(xué)家哈恩發(fā)現(xiàn)原子裂變現(xiàn)象的時候,歐洲已是戰(zhàn)云密布,第二年即爆發(fā)了第二次世界大戰(zhàn)。
此后發(fā)生的事情已經(jīng)成為具有傳奇色彩的歷史和科學(xué)故事,愛因斯坦、玻爾、海森堡、奧本海默等世界第一流的科學(xué)家都側(cè)身其中。在最后一片“自由樂土”,美國集中了1500多名科學(xué)家和工程師,花費(fèi)20億美元,生產(chǎn)出了3枚原子彈,其中一枚試爆,兩枚投到了日本,結(jié)束了戰(zhàn)爭。人類歷史上,水力、煤炭、石油、天然氣的發(fā)現(xiàn)或使用都伴隨著工業(yè)進(jìn)步的歡樂頌,唯有原子能這種威力最大的能量卻以對城市與人口進(jìn)行毀滅性打擊的形象來到人間,“核能”這個詞從一開始就在人們心頭蒙上一層陰霾。
然而與傳統(tǒng)能源相比,核能(核電)又有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,1公斤鈾-235裂變放出的能量相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的能量,一個100萬千瓦的燃煤發(fā)電廠每年需要300萬噸燃料,而核電站只要30噸就夠了。煤炭燃燒會放出數(shù)量龐大的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和煙灰,煤炭的開采、運(yùn)輸、放置以及燃燒后產(chǎn)生的廢物處理,都會對環(huán)境造成巨大的破壞。而核燃料裂變完成后,雖然還帶有一定的放射性,但只要在合適的地方掩埋就基本是安全的。正因為如此,國際社會發(fā)展核電的呼聲和行動一直沒有停止。
第一個原子反應(yīng)堆在科學(xué)家費(fèi)米和西拉德指導(dǎo)下于1942年12月2日達(dá)到臨界狀態(tài),即能夠輸出能量。不過這個反應(yīng)堆是曼哈頓計劃的預(yù)研究,后來建成的反應(yīng)堆也是為了富集釙元素用于制造原子彈而不是主要用于發(fā)電。
二戰(zhàn)后核能才開始應(yīng)用于民用發(fā)電,自1951年12月美國實驗增殖堆1號(EBR-1)首次利用核能發(fā)電、1954年6月蘇聯(lián)第一座核電廠首次向電網(wǎng)送電,到現(xiàn)在已有近50年的歷史,這50年間,它們經(jīng)歷了驗證示范、高速發(fā)展和滯緩發(fā)展。現(xiàn)在,正處于復(fù)蘇之前的過渡階段。
核能變得不便宜
二戰(zhàn)后原本擁護(hù)美國制造和使用原子彈的科學(xué)家群體開始分化,很多科學(xué)家希望核能研究不要完全掌握在軍方手中,從而擁護(hù)和平利用原子能,但是由于核反應(yīng)堆也會產(chǎn)生可用于核武器的釙元素,大多數(shù)國家如美國、英國、加拿大和蘇聯(lián)都試圖將核反應(yīng)堆的研究置于嚴(yán)格的政府控制和保密范圍內(nèi)。直到1953年,美國總統(tǒng)艾森豪威爾才在聯(lián)合國發(fā)表了“和平利用原子能”的演講,強(qiáng)調(diào)要盡快發(fā)展核能的和平利用。美國稍后通過了“1954年原子能修正案”,對核反應(yīng)堆技術(shù)進(jìn)行解密并鼓勵民間核反應(yīng)堆的發(fā)展,允許私營企業(yè)取得反應(yīng)堆所有權(quán),但核燃料仍歸政府掌握,允許私人使用。
1954年6月,蘇聯(lián)的奧勃寧斯克核電站成功并入電網(wǎng),可以提供500萬瓦的電力。時任美國原子能委員會主席列維斯•施特勞斯曾聲稱將來電力會“廉價到不用花錢”,當(dāng)然他指的是當(dāng)時正在秘密研究的氫核聚變。但原子能委員會此時資助的幾個研究項目表明,核電并不廉價,“其價格將會跟傳統(tǒng)能源差不多”,核電發(fā)展第一次讓人們失望。這時的核反應(yīng)堆研究在美國主要由美國海軍推動,海軍的目的是要利用核能推動潛艇和航空母艦。
1956年,英國建成了世界第一個商用核電站,發(fā)電功率達(dá)到50兆瓦(后來提升到200兆瓦)。美國的第一個商用站在第二年建成并投入使用。
世界各國一開始對核電站抱有極大的熱情,尤其是1960年代末1970年代初各發(fā)達(dá)國家工業(yè)能力上升,電力需求十年翻一番,美蘇英法等國都制定了龐大的核電發(fā)展計劃,在短短十余年的時間里,美國核電機(jī)組就迅速達(dá)到上百臺。聯(lián)邦德國、日本以及印度、巴西等國家也成套地購買設(shè)備開始建設(shè)核電站。尤其是在1973年第一次石油危機(jī)之后,為了擺脫對中東石油的依賴,形成了核電廠建設(shè)的一個高潮。這個時期發(fā)電量提高得非?,1960年全世界還不到10億瓦,1970增長到1000億瓦,1980年代更是增長到3000億瓦。
一般把1950年代美、蘇建成的實驗性核電站(為了證明核能發(fā)電的技術(shù)可行性)稱為第一代核電機(jī)組。1960年代后期,一批人在第一代機(jī)組基礎(chǔ)改進(jìn)上,進(jìn)一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時,也證明了核電可與水電、火電相競爭的經(jīng)濟(jì)性。1970年代,因石油漲價引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了核電的發(fā)展,目前世界上商業(yè)運(yùn)行的四百多座核電機(jī)組絕大部分是在這段時期建成的,稱為第二代核電機(jī)組。本次發(fā)生故障的日本福島核電站,即屬第二代核電機(jī)組。
核電的黃金年代持續(xù)了10年,從1970年代末期開始,世界范圍內(nèi)核電裝機(jī)能力增長變得越來越慢。裝機(jī)計劃不斷被取消,自1970年1月后的所有計劃中,超過2/3最終被取消,光在美國,1975-1980年就取消了63個核能機(jī)組。
究其原因,那20年間快速增長的核電經(jīng)濟(jì)成本(由于主管部門猶豫不決和反對集團(tuán)挑起的訴訟而導(dǎo)致建設(shè)時間過長)以及石油天然氣這類化石燃料價格不斷下跌,使核電廠失去了吸引力。尤其是1979年第二次石油危機(jī)之后,各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度減緩,再加上大規(guī)模的節(jié)能措施和產(chǎn)業(yè)架構(gòu)調(diào)整,許多新的核電站建設(shè)項目被停止或推遲。
事故
1979年3月發(fā)生在美國三哩島核電廠的燃料泄漏事故和1986年4月蘇聯(lián)發(fā)生的切爾諾貝利核電廠爆炸事故,也對世界核電發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。
最初,核工業(yè)的建設(shè)者對于核電站的安全持盲目樂觀態(tài)度。核工業(yè)調(diào)整委員會的委員馬庫斯•羅登曾報告說,“發(fā)生核事故的風(fēng)險和被隕石砸到的幾率差不多! 1979年3月28日凌晨4時,美國賓州的三哩島核電站的警報突然拉響,渦輪機(jī)停轉(zhuǎn),堆芯壓力和溫度驟然升高,大量放射性物質(zhì)溢出。直到6天之后堆芯溫度才下降,避免了氫爆炸,但反應(yīng)堆已經(jīng)癱瘓。事發(fā)之后全美震驚,約有20萬人撤離這一地區(qū)。更令公眾不滿的是,調(diào)查委員會竟然無法拿出一份清楚的報告,由于監(jiān)測設(shè)備損壞和缺失,連核科學(xué)家都不知道核反應(yīng)堆里面到底發(fā)生了什么!都~約評論報》指出,“這起事故或許并不是十分嚴(yán)重,但當(dāng)安全性被過度推銷,即使是最小的事故也能導(dǎo)致對工業(yè)安全性信任的極大喪失。結(jié)果是,一直被灌輸核能源利用毫無風(fēng)險思想的民眾在事故發(fā)生時更難保持理性!比栏鞯丶娂娕e行集會示威,還成立許多民間反核組織,要求停建或關(guān)閉核電站。美國和西歐一些國家政府不得不重新檢查發(fā)展核動力計劃。
1986年4月26日凌晨,位于蘇聯(lián)烏克蘭首府基輔以北130公里處的切爾諾貝利核電站發(fā)生猛烈爆炸,反應(yīng)堆機(jī)房的建筑遭到毀壞,同時發(fā)生了火災(zāi),反應(yīng)堆內(nèi)的放射物質(zhì)大量外泄,周圍環(huán)境受到嚴(yán)重污染,造成了核電歷史上迄今為止最嚴(yán)重的事故。
切爾諾貝利核電站共有4個功率均為100萬千瓦的核反應(yīng)堆,其發(fā)電量占烏克蘭總發(fā)電量的50%,并向大多數(shù)東歐國家提供重要電力。但該核電站的反應(yīng)堆是20世紀(jì)70年代引進(jìn)的水冷式石墨慢化反應(yīng)堆。由于石墨反應(yīng)堆不夠安全,冷卻系統(tǒng)一旦發(fā)生故障,堆芯石墨棒的溫度就會猛增,直至超過熔點(diǎn)而導(dǎo)致熔毀事故。
1986年4月25日,切爾諾貝利核電站第4號反應(yīng)堆的工作人員違反操作規(guī)程連續(xù)切斷反應(yīng)堆的電源,使主要冷卻系統(tǒng)停止工作,以致26日凌晨發(fā)生猛烈爆炸,爆炸引起機(jī)房起火,濃煙使人呼吸困難,放射性物質(zhì)不斷外溢,大量放射塵埃污染到北歐、東西歐部分國家。
這兩起事故嚴(yán)重打擊了公眾對于核電的信心,公眾的接受程度成為核電發(fā)展的障礙之一,有一些國家如瑞士、意大利、奧地利等已暫時停止發(fā)展核電。為保證核電的安全性,美國在三哩島事故后所采取的提高安全性的措施,使核電廠建設(shè)工期拖長、投資增加、經(jīng)濟(jì)競爭力下降,特別是投資風(fēng)險的不確定性阻滯了核電的繼續(xù)發(fā)展。
核春天或核冬天
清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院研究員張作義指出,國際有關(guān)分析認(rèn)為,公眾反對是核電由盛轉(zhuǎn)衰最重要的原因之一。在決定停止發(fā)展核能的國家中,有些是直接由公眾投票淘汰核能的,如瑞典、瑞士、奧地利和意大利等國家;有些是反核政黨得到公眾支持上臺后,由政府作出決定淘汰核能的,如德國、比利時、西班牙、荷蘭等國家。美國麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)將公眾態(tài)度與核安全、經(jīng)濟(jì)性、燃料循環(huán)與核擴(kuò)散等并列為影響核電未來的主要因素之一。
民眾對核能的反對其實也不是沒有道理的。目前正在運(yùn)行的核電站大部分還是第二代,安全層級還比較低;另外,大量核電站也給國際恐怖分子竊取核燃料作為臟彈,甚至竊取釙元素研制原子彈帶來機(jī)會,“核擴(kuò)散”會給世界帶來更多的不安定因素。另一個新出現(xiàn)的原因是核廢料的處理問題。隨著核能日益廣泛的使用,放射性固體廢棄物的數(shù)量也在與日俱增。核廢料的處理大都采用就地貯存在的方式,但由于這種物質(zhì)的半衰期長達(dá)幾千年乃至上萬年,對人類是一種巨大的潛在威脅。
然而,盡管如此,進(jìn)入21世紀(jì),隨著能源供應(yīng)趨緊和對清潔能源的需求,以及現(xiàn)有核電機(jī)組保持的相當(dāng)長時間的良好的運(yùn)行紀(jì)錄,東亞國家和美國、歐洲等正在計劃建設(shè)新的核電機(jī)組。
2007年,國際能源機(jī)構(gòu)發(fā)表《2006年世界能源展望》報告,呼吁世界各國改變現(xiàn)行的能源政策,提高能源利用效率。這是該組織首次支持推廣核能的使用,總干事克勞德•曼迪爾在倫敦舉行的新聞發(fā)布會上表示:“關(guān)鍵在于立刻采取行動,各國應(yīng)該盡快調(diào)整政策、采取措施提高能源利用效率和促進(jìn)能源技術(shù)的發(fā)展!薄巴瑫r,各國應(yīng)著力發(fā)展能源技術(shù)和推廣核能應(yīng)用,否則在不久的將來,人類將不得不面臨能源價格飛漲,而且經(jīng)常停電(能源供應(yīng)不穩(wěn)定)的危機(jī)。”
然而,本次福島核電站的事故,幾乎標(biāo)志著“核能的春天還沒來臨,冬天就到了”。福島核電站事故發(fā)生后,3月13日,在德國南部的城市斯圖加特,6萬名示威者組成了長達(dá)45公里的人鏈,他們的要求是立即關(guān)閉德國所有核電廠。目前,德國總理默克爾已宣布德國將全面檢查核電站安全標(biāo)準(zhǔn)。同日,發(fā)展核能的堅定支持者,美國參議員利伯曼(Joseph Lieberman)呼吁:美國應(yīng)暫時放慢核電發(fā)展步伐,以保證能夠安全利用核能,他說:“我不認(rèn)為美國應(yīng)該停止修建核電站,但現(xiàn)在有必要踩下剎車,直到我們完全搞清楚日本目前所面臨的危險!
(日文翻譯李君、周文迦對本文亦有貢獻(xiàn),特此致謝)
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