一直以來，很多人都認(rèn)為核能是最安全同時(shí)最可靠的能源。但是，近日日本福島第一核電站機(jī)組發(fā)生爆炸、導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏的事件讓人對此產(chǎn)生了懷疑。

　　神秘的核能究竟是怎么回事？核電安全嗎？核輻射危害有多大？……

　　與常規(guī)能源相比，核能具有不可比擬的三大優(yōu)勢。

　　首先，核能的能量密度非常大，消耗少量的核燃料就可以產(chǎn)生非常巨大的能量。一座電功率為100萬千瓦的燃煤電廠每年要燒掉約300萬噸煤，而同樣功率的核電站每年只需要30噸核燃料，相差10萬倍。在節(jié)省大量的煤炭、石油資源的同時(shí)，核電的利用開發(fā)還極大地減輕了交通運(yùn)輸?shù)膲毫Α?br />
　　其次，核能是非常清潔的能源。它不向大氣排放SO2、NOX和煙塵，也不排放溫室氣體。由于有“多道屏障，縱深防御”的理念，在核電站正常運(yùn)行時(shí)，它的放射性物質(zhì)向環(huán)境的排放也可忽略不計(jì)，例如，2009年美國的核發(fā)電量是中國大陸的11倍多，而據(jù)美國國家輻射防護(hù)和測量委員會報(bào)告，美國人年輻射劑量的小于千分之一來自于核電源（另51%來自于醫(yī)療，37%于巖石、土壤及氡，各5%于宇宙射線和人體自身，2%于生活消費(fèi)品），來自于核電的年輻射劑量是煤的1/100、國際航班的1/200、或者等同于每年吃一個(gè)香蕉。

　　核能的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有較高的經(jīng)濟(jì)性。在核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)所占用的比例（大約25%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煤電高達(dá)60%的燃料費(fèi)比例，這也使得核能發(fā)電在日益增長的國際資源價(jià)格背景下，能夠控制較低的運(yùn)行成本，為民眾提供廉價(jià)的電能。

　　與核裂變能相關(guān)的還有核反應(yīng)堆的“剩余發(fā)熱”問題——這也是造成最近日本福島第一核電站發(fā)生事故的主要原因之一。當(dāng)反應(yīng)堆在自動或者操作員控制下停止工作時(shí)，反應(yīng)堆并沒有完全停止下來，就像百米賽跑一樣，選手跑到終點(diǎn)之后需要有一個(gè)緩沖，只是反應(yīng)堆的這個(gè)“緩沖”需要更長的時(shí)間。在反應(yīng)堆中，當(dāng)裂變反應(yīng)停止時(shí)，由于還存在著大量的放射性裂變產(chǎn)物，這些裂變產(chǎn)物在進(jìn)行衰變時(shí)會放出衰變熱（雖然裂變釋能已經(jīng)停止），其總的熱量規(guī)?？梢赃_(dá)到反應(yīng)堆滿功率運(yùn)行時(shí)的3%左右。

　　為了防止“剩余發(fā)熱”的危害，反應(yīng)堆做了很多可靠的設(shè)計(jì)，利用冷卻水系統(tǒng)源源不斷地給反應(yīng)堆“降溫”。而為了保證冷卻水系統(tǒng)設(shè)備的正常供電，除在正常供應(yīng)核電廠的外部交流電之外，還有多臺后備柴油發(fā)電機(jī)以及蓄電池，可以保證在喪失外電的情況下，保證冷卻水的供應(yīng)。

　　現(xiàn)有反應(yīng)堆設(shè)計(jì)所采用的“多道屏障”原則是指，以中國目前最主要的壓水堆核電廠為例（日本福島沸水堆也類似），第一層為燃料元件包殼，目的是為了防止裂變產(chǎn)物進(jìn)入冷卻劑系統(tǒng)。第二層屏蔽是將反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)全部包容在內(nèi)的一回路壓力邊界，將帶有放射性的冷卻水等密封起來。第三層為厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全殼，將反應(yīng)堆、冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備等包容在內(nèi)。當(dāng)嚴(yán)重事故發(fā)生時(shí)，第三層屏障也能阻止可能從一回路系統(tǒng)外逸的裂變產(chǎn)物泄漏到外部環(huán)境中去，同時(shí)也保證了重要的設(shè)備不受像飛機(jī)墜落等外來破壞對設(shè)備的影響。

　　與此同時(shí)，核電廠在設(shè)計(jì)之初，也會考慮可能發(fā)生的自然災(zāi)害，比如說地震、臺風(fēng)、潮汐、海嘯等。以預(yù)防地震為例，在設(shè)計(jì)時(shí)，核電廠主體結(jié)構(gòu)要坐落在一塊沉積巖上，同時(shí)要考慮此地最大可能發(fā)生的地震規(guī)模再加上富余量。但像這次日本發(fā)生的地震規(guī)模大大超過預(yù)期，9.0級的規(guī)模超過早期福島電站7.9級的抗震規(guī)模42倍（地震一級相差30倍）。

　　日本此次事故發(fā)生后，很多人都聯(lián)想到了前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故。事實(shí)上，這兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。切爾諾貝利事故是由于運(yùn)行人員違章操作再加上石墨沸水堆型本身的設(shè)計(jì)缺陷造成的。反應(yīng)堆瞬發(fā)臨界，導(dǎo)致功率劇增，處于完全失控狀態(tài)。而日本的反應(yīng)堆在一開始的時(shí)候就把“控制棒”插入堆芯停止了鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，只是還存在著較大的衰變熱量。另外，切爾諾貝利事故發(fā)生的另一個(gè)重要原因是沒有加裝安全殼，所以當(dāng)壓力容器損毀時(shí)，核物質(zhì)全部釋放于外部環(huán)境，引發(fā)了災(zāi)難性的后果。而從此之后，所有的反應(yīng)堆，包括日本的這座，都加裝了安全殼，使再發(fā)生這種破壞性事故的概率降到了極小。

　　當(dāng)需要對輻射進(jìn)行防護(hù)的時(shí)候，有三個(gè)重要的原則，就是時(shí)間、距離和屏蔽。前兩個(gè)顯而易見，接受輻射的時(shí)間越短，離輻射的距離越遠(yuǎn)，接受的劑量就越少。當(dāng)你在醫(yī)院接受X光檢查時(shí)，醫(yī)生會要求你把一些鉛袋放在身體的一些重要的部位，這就是應(yīng)用了屏蔽的原則。安全殼厚實(shí)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也有效地達(dá)到了屏蔽的作用。

　　這次日本事故中釋放的輻射有多強(qiáng)呢？據(jù)日本東京電力公司的報(bào)告，12日探測到的最高放射性劑量為1015微希每小時(shí)。這是怎樣的一個(gè)輻射劑量呢？如果你一年什么事情也不干在家干坐著，你接受了天然本底的2.4毫希的劑量，也就相當(dāng)于你站在最高峰時(shí)核電站門口整整兩個(gè)多小時(shí)。如果你真的不幸地在發(fā)生核事故的反應(yīng)堆前呆了一個(gè)小時(shí)，好吧，如果你想你的壽命不至于受到影響，那么請你少做一次X光胸透檢查，或者少抽幾根香煙。

　　當(dāng)然，在一號機(jī)組之后，二號機(jī)組的放射性要比一號機(jī)組高出許多，那么對于中國來講，會有什么影響呢？做一個(gè)最壞的估計(jì)，以15日東京探測到的0.1至0.8微希（這樣的劑量大致和天然本底輻射相當(dāng)，不會對東京市民造成危害）計(jì)算，事故距東京的距離為200公里，距中國的距離保守以1000公里計(jì)算（韓國首都首爾距福島的距離就有1000公里），我們接受的劑量為5萬分之一毫希左右，占時(shí)間平均后的天然本底的5%左右。這個(gè)劑量相當(dāng)于今天大氣層薄了一些，多入射了5%的宇宙射線，或者相當(dāng)于你在飛機(jī)上喝小一杯果汁時(shí)間內(nèi)接受到的高空宇宙射線劑量。當(dāng)然，考慮到風(fēng)向和核素本身的衰變，結(jié)果還不會有如上保守估計(jì)的數(shù)值之多。

　　與日本福島發(fā)生事故的70年代興建的早期沸水堆核電站不同，中國目前規(guī)劃中的反應(yīng)堆類型以安全性更好的三代壓水堆為主。其中特別值得關(guān)注的是規(guī)劃實(shí)行中的AP1000核電項(xiàng)目，引進(jìn)了美國西屋公司“非能動”設(shè)計(jì)原則，即采用自然界固有存在的規(guī)律，例如物質(zhì)的重力、慣性以及流體的自然對流、擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等原理，而不需要采用泵、交流電源、應(yīng)急柴油機(jī)等外界動力驅(qū)動即可以在像日本這次事故中喪失所有電能供給的情況下，保障反應(yīng)堆安全冷卻停堆。目前，全世界，包括中國在內(nèi)，有很多專家學(xué)者潛心致力于研究更加安全、更加經(jīng)濟(jì)、更加高效的核能系統(tǒng)，以應(yīng)付人類日益增長的能源需求。

　?。ㄗ髡撸呵迦A大學(xué)工程物理系 朱昂　 指導(dǎo)老師：清華大學(xué)工程物理系核能科學(xué)與工程管理研究所所長 王侃教授）