核電站是怎樣發(fā)電的

前段時間，日本福島(Fukushima)第一核電站的核泄漏事件在全球造成了一陣“核恐慌”，不僅在中國上演了全民搶購碘鹽的鬧劇，在很多發(fā)達國家也爆發(fā)了民眾發(fā)對核電的游行，逼得西方各國政府紛紛表態(tài)說要重新考慮本國的核電發(fā)展計劃。那么發(fā)展核電真的必須面臨這么高的風險嗎?恐懼一般源于無知，《Geek》就用一篇加長版的Research，來好好說明—下核電站到底是怎么運行的，它有著哪些安全措施。也許最后你會發(fā)現(xiàn)，相比于人類從中獲得的收益，核能以及核電站并沒有想像中的那么可怕。

福島核事故之謎

《Geek》先來回顧—下福島第一核電站的事故發(fā)生過程。2011年3月11日14時46分，日本本州島東北海岸發(fā)生9.0級地震，大地震發(fā)生時，運行中的1、2、3號機組執(zhí)行了自動停機程序(4、5、6號機組正停機做定期檢查)，反應堆停止運行，廠內發(fā)電功能立即停止。然而接踵而至的15米大海嘯淹沒了絕大部分柴油發(fā)電機組，供給反應堆的交流電源即告失效，同時由于地下室的電源開關也被淹沒，移動式發(fā)電機或廠外電纜也無法接入。由于以柴油為燃料的備用冷卻系統(tǒng)同時被毀，無法對反應堆內流失的冷卻水進行補充，1、2、3號機組反應堆壓力容器內冷卻水水位下降，造成核燃料棒部分暴露。長時間處于過熱狀態(tài)的燃料棒發(fā)生“局部”熔化，同時發(fā)生化學反應，產生了氫氣，1、2、3機組反應堆所在廠房先后發(fā)生了化學爆炸。爆炸甚至造成了2號機組反應堆壓力容器的破壞，熔毀的燃料棒外釋的放射性物質借著積水為媒介外泄。在第一次爆炸后東京電力公司就使用溶解有硼酸的海水(后改用純水)來淹沒反應堆堆芯，但人工供水能力又趕不上蒸發(fā)能力，所以始終無法阻擋燃料組件露出水面的結局，堆芯熔毀的慘劇繼續(xù)上演。4月12日，福島核事故等級上調到7級，與當年的切爾諾貝利事故同級。不過到了4月28日，1號機組反應堆內壓力由事故最初的840kPa(設計限值的2.1倍)下降到接近大氣壓水平，事態(tài)稍有緩和。然而當人們稍微將視線從福島第一核電站移開時，5月12日，東電發(fā)現(xiàn)1號機組中的400支燃料棒已經(jīng)全部露出水面，并預計已經(jīng)熔化了55％；熔化的核燃料棒燒穿了反應堆底，有5000噸重度放射性污水去向不明，事態(tài)終于全面升級!

福島第一核電站為何會發(fā)生如此嚴重的堆芯熔毀事故?它的設計是否存在安全隱患?核電站到底安不安全?……要解答這一系列問題，就得從核反應堆的結構和運行方式講起。

反應堆中的貓膩

所謂核反應堆，就是裝配了核燃料，以實現(xiàn)大規(guī)模可控裂變鏈式反應的裝置，這是核電站最關鍵的設備。目前用于商業(yè)核能發(fā)電的水冷反應堆依據(jù)使用慢化劑的不同，分為輕水堆與重水堆，其中輕水堆可分為沸水堆與壓水堆。但不管哪一種堆型，它們的基本結構都相差無幾：外殼是由金屬制成的圓柱形壓力容器，核燃料組件、控制棒及其驅動機構、慢化劑、冷卻劑等包含其中。不明白不要緊，就讓《Geek》先來對所有反應堆均相同的核心組成挨個說明一下；至于三大堆型的異同，后文再詳細解說。

燃料組件：核燃料的應用形式有作為固體燃料的純金屬、合金、化合物以及作為液體燃料的水溶液、液態(tài)金屬溶液和懸浮物。對固體燃料來說，為了包容裂變產物和防止核燃料的氧化和腐蝕，采用金屬或石墨包殼將燃料包覆起來，這種燃料稱為芯塊。把小指頭大小的燒結二氧化鈾(或者其他核燃料)芯塊裝到鋯合金管中，再將17x17共289根裝有芯塊的鋯合金管組裝在一起(僅就壓水堆而言，沸水堆使用的燃料組件更多)，就構成了核反應堆中的一個燃料組件，組件之間用定位架固定。

p.s.核燃料的來源

作為核燃料的鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素，在地殼中的含量為四百萬分之一。天然鈾由3種同位素組成，其中只有含量占0.71％的鈾235(原子墨為235)可作為核裂變的核燃料。除了鈾235之外，天然元素釷232和鈾238吸收中子后分別形成的人工核素鈾233和钚239也可作為核燃料(福島第一核電站3號機組使用的核燃料就是钚239和鈾235的混合氧化物MOX)。鈾礦石不能直接倒進反應堆核燃料，要經(jīng)過精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序，制成有一定鈾含量、一定幾何形狀、一定結構的鈾燃料棒才能參與反應堆工作。至于鈾的開采與生產過程，《Geek》在2010年9期做了較詳細的介紹，有興趣的童鞋請自行查閱。控制棒：每個燃料組件中間都插有一束能吸收中子的合金棒，通過專門的驅動機構可以調節(jié)控制棒插入燃料組件的深度，通過吸收核反應過程中用來轟擊核燃料原子核的中子，控制棒就能將鏈式反應的速率控制在一個預定的水平上，從而實現(xiàn)控制能量釋放的目的。核電站常用的控制棒材料有硼鋼、銀，銦，鎘合金等。其中含硼材料因資源豐富、價格低，應用較廣，但它容易產生輻照脆化和腫脹；銀，銦，鎘合金熱中子吸收截面大，是輕水堆的主要控制材料。

慢化劑：核燃料裂變反應釋放的中子為快中子，而在反應堆中要應用慢化中子維持鏈式反應，慢化劑就是用來將快中子能量減少，使之慢化成為熱中子或中能中子(速度降為2200m／s、能量約為1／40eV的中子)的物質。有時慢化劑兼作冷卻劑。應用最多的固體慢化劑是石墨，它是迄今發(fā)現(xiàn)的可以采用天然鈾(鈾含量為0.71％)為燃料的兩種慢化劑之一，另一種是重水。采用重水作為慢化劑的反應堆就叫重水堆。輕水(普通水)是應用最廣泛的慢化劑，采用輕水作為慢化劑的反應堆就叫輕水堆(壓水堆和沸水堆都是輕水堆)。雖然它的慢化性能不如重水，但勝在來源廣、價格低。

冷卻劑：將堆芯發(fā)生鏈式核反應產生的熱能通過循環(huán)系統(tǒng)導出反應堆的流體。理想的冷卻劑應具有優(yōu)良慢化劑核特性，有較大的傳熱系數(shù)和熱容量，抗氧化以及不會產生很高的放射性。此外，大多數(shù)適合的流體以及它們含有的雜質在中子輻照下將具有放射性，因此冷卻劑要用耐輻照的材料包容起來，用具有良好射線阻擋能力的材料進行屏蔽。常用的冷卻劑有液態(tài)鈉(主要用于快中子堆)和鈉鉀合金(主要用于空間動力堆)、輕水、重水以及氣體冷卻劑(如二氧化碳、氦)和有機冷卻劑。

除了這些核心部分之外，反應堆中還有穩(wěn)壓器、危急冷卻系統(tǒng)等必要的設備，這一切保障了核裂變的鏈式反應能在堆芯(燃料芯體)中順利進行：當控制棒拔起來時，中子數(shù)目開始增多，鈾235的原子核不斷地吸收中子發(fā)生裂變，裂變釋放出的高速中子經(jīng)過慢化劑后減速，從而與更多的原子核碰撞引發(fā)新的裂變，一傳二二傳四四傳八……對了，這就是鏈式反應。

沸水堆

就日本福島第一核電站而言，它的6個機組配備的反應堆均是沸水堆(PWR)。前面說過，沸水堆和壓水堆均為輕水堆，也就是使用普通水作為慢化劑和冷卻劑的反應堆。沸水堆在運行時堆內壓力較低(約為7MPa，接近70個大氣壓)，堆內冷卻水會被加熱到沸騰狀態(tài)，因此叫沸水堆。沸水堆的基本運行方式是這樣的：冷卻水從堆芯下部流進，在沿堆芯上升的過程中，從燃料棒那里得到熱量，變成了蒸汽和水的混合物，經(jīng)過堆芯頂部的汽水分離器和蒸汽干燥器，分離出的蒸汽直接推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電；從汽輪機處冷凝得來的水，由泵送回堆芯內。主循環(huán)泵負責提供動力，保證回路內的冷卻水的流動使堆芯內熱量分布均勻，并能充分帶走燃料棒的熱量。由于冷卻水會沸騰成為蒸汽去推動汽輪機，所以堆芯內的冷卻水不斷地被消耗，必須由給水系統(tǒng)不斷地補充水。再者因為堆芯頂部要安裝蒸汽發(fā)生設備，所以沸水堆的控制棒及其控制機構安裝在反應堆底部，停堆時必須由下向上插入。沸水堆的好處是系統(tǒng)特別簡單，只有一個回路，但是用于驅動汽輪機發(fā)電的蒸汽帶有較大的放射性，需要更嚴密的措施來防止泄漏，所以沸水堆相對于壓水堆安全性較差。不僅如此，福島第一核電站的沸水堆還是60年代設計、1971年就投入運行的老古董，很多安全設計都不具備，甚至之前就發(fā)生過放射性泄漏事件。當檢測到地震發(fā)生時，福島第一核電站的1、2、3號機組的控制系統(tǒng)自動將控制棒由下向上地插入堆芯的核燃料中，此時產生的中子數(shù)量達不到臨界值，裂變無法連續(xù)進行下去，鏈式反應被中止，反應堆停機。然而問題來了：燃料棒上端比下端晚停止核反應，因此上端的溫度自然就比下端高；在沸水堆內存在沸騰蒸發(fā)，部分冷卻水被蒸發(fā)消耗掉了；此外，反應堆在停止工作后的一段時間內仍然非常炙熱，這些熱量一直維持在反應堆的核心。鑒于上述三點，為了避免反應堆因過熱而燒毀，在停堆后冷卻系統(tǒng)必須繼續(xù)運作，才能將堆內的余熱導出。然而由于地震和海嘯，福島第一核電站的冷卻系統(tǒng)全部發(fā)生故障，無法對堆芯進行冷卻和補充冷卻水。堆內冷卻水被余熱不斷蒸發(fā)，水位逐漸下降，很快燃料棒上端就露出了水面。本來燃料棒上端溫度就很高，又失去了冷卻水的保護，因此沒多久過熱的燃料棒上端就開始熔化破裂，同時容器內的高溫使得水蒸氣與燃料棒的鋯合金護套的反應產生氫氣，最終釀成了廠房爆炸和堆芯熔毀的慘劇。

不僅如此，由于反應堆破裂和注水工作造成的地下水滲透，有部分放射性物質泄漏到海水中，造成核電站附近的海水放射性激增。雖然之前進入大氣環(huán)流的放射性物質因為稀釋作用還不足以令人擔心，但大量放射性海水對環(huán)境和海洋生物的影響目前還難以估計，最壞的結果就是放射性物質進入淡水循環(huán)影響整個食物鏈，大家就坐等2012吧……

壓水堆

如果福島第一核電站換做壓水堆，結果是否會有不同?讓我們根據(jù)壓水堆的結構和特性來分析分析。不同于有蒸汽出口的沸水堆，壓水堆是一個完全密閉的高壓循環(huán)系統(tǒng)，堆內壓力保持在15.5MPa左右(約153個大氣壓)，堆內冷卻水即使在300℃多也不會沸騰，所以叫壓水堆。壓水堆運行的時候，密閉在一回路中的液態(tài)冷卻水在主循環(huán)泵的驅動下流經(jīng)堆芯，將鏈式反應產生的巨大熱量帶走，在蒸汽發(fā)生器將熱能傳遞給二回路的工質(水)后又流回反應堆。反應堆內的壓力由穩(wěn)壓器(又稱壓力平衡器)進行調節(jié)，當壓力過高時，噴灑冷水降壓；當堆內壓力太低時，加熱器自動通電加熱使水蒸發(fā)以增加壓力。二回路水被加熱為高溫高壓蒸汽(二回路蒸汽壓力為6-7MPa，蒸汽的溫度為275-290℃)，驅動汽輪發(fā)電機發(fā)電。因為壓水堆的二回路系統(tǒng)與一回路系統(tǒng)是完全分隔的，所以二回路水的放射性遠遠低于一回路水，即使二回路蒸汽發(fā)生泄漏，對環(huán)境的威脅也小得多；壓水堆在一回路沒有出現(xiàn)破口的情況下，因為不存在沸騰蒸發(fā)，所以基本不會失去冷卻水；就算主泵停轉，由于一二回路的溫度差，可以實現(xiàn)自然循環(huán)，照樣可以帶走堆芯余熱，給燃料組件提供安全保障。值得慶幸的是中國的商業(yè)化核電站都是技術成熟度和穩(wěn)定性較高的壓水堆電站，看來中國人民比日本人民幸福多了。

p.s.三哩島核泄漏事故

1979年3月28日，美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三哩島核電站2號壓水堆發(fā)生了一次部分堆芯融毀事故(6級事故)，但由于作為最后一道防線的安全殼(圍阻體)發(fā)揮了作用，只有少部分放射性物質泄漏到周圍環(huán)境中，并沒有對公共安全和健康造成不良影響。在整個事件中，運行人員的錯誤操作和機械故障是重要的原因。

重水堆

比較完了兩種輕水反應堆，再來簡單說說重水堆(HWR)。前面提到過，重水堆是用重水作慢化劑和冷卻劑的反應堆。重水又叫氘化水(氘是氫的同位素，元素符號D，氘原子比氫原子多一個中子)，分子式D₂O，分子量20.0275，比普通水(H₂O)的分子量18.0153高出約11％。重水這玩意在天然水中只占1／6500，這使得它的提取成本很高，因此重水的用度約占重水堆基建投資的六分之一以上。那為什么非得多花錢來建重水堆呢?原因就在于重水吸收熱中子的幾率比輕水要低200多倍，能用于反應的中子更多，所以可以用鈾含量為0.71％的天然鈾作為重水堆的核燃料；而其他的慢化劑(如輕水)只能使用濃縮鈾(鈾含量為2-4％)。因為不需要對鈾進行濃縮，所以配套的燃料制造廠投資小，燃料生產成本低。重水堆仍需配備蒸汽發(fā)生器，同樣有—，二回路之分，所以重水堆實際上也是一種壓水堆。

現(xiàn)在運行著的核電站反應堆中，壓水堆約占61％，沸水堆約占22％，重水堆約占10％。不過隨著重水堆技術的發(fā)展和建造成本的降低(重水僅用作慢化劑，重水的用量大幅度減少)，未來重水堆的發(fā)展前景還是不錯的。

p.s.切爾諾貝利核事故

1986年4月26日，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生了史上最嚴重的一次核事故(7級)。在4號機組的反應堆安全系統(tǒng)試驗過程中，工作人員嚴重違規(guī)操作引發(fā)功率瞬變，進一步引起瞬發(fā)臨界而造成了嚴重事故。反應堆堆芯、反應堆廠房和汽輪機廠房被摧毀，大量放射性物質釋放到大氣。500人住進了醫(yī)院，造成31人死亡。究其原因，除了違章操作之外，4號機組的石墨反應堆(石墨慢化沸水冷卻壓力管式熱中子反應堆)本身就存在嚴重的設計缺陷，固有安全性差，同時這種石墨反應堆沒有安全殼，當放射性物質大量泄漏時，沒有任何防護設施能阻止它進入大氣。在這次事故之后，石墨反應堆在商業(yè)核能發(fā)電中逐漸被淘汰，安全殼也成為了核電站的必備設施。

揭秘核電站

通過上文，想必各位童鞋對核反應堆的結構和原理已經(jīng)略知—二，不過反應堆只是一座核電站的一小部分，接下來《Geek》就帶領大家到核電站逛一逛，了解—下核電站的全貌。

在到達核電站之前，要先委屈你坐上一個小時的汽車，因為核電站一般都在離市區(qū)50公里以外的地區(qū)，而且基本都建在海邊。這是由核電站的選址原則決定的。首先，核電站要建在經(jīng)濟發(fā)達、用電負荷集中的地區(qū)，所以中國現(xiàn)有的和在建的幾座核電站集中于東南沿海地區(qū)。其次，核電站必須以預防性為出發(fā)點進行選址，也就是萬一出事故的時候，造成的損失要最少，對周圍環(huán)境的影響要最小。基本的原則是選擇人口密度相對較低、離大城市相對較遠的地點；所選的地點必須有大量的水源，用來帶走電站排出的余熱和提供生活用水；必須有良好的大氣擴散條件，使電站排出的帶有放射性的氣體能容易消散；必須地質穩(wěn)定和不致受其他自然災害襲擊破壞等。進入核電站之后，我們可以發(fā)現(xiàn)這里的廠房基本分為核島和常規(guī)島兩大部分：圓柱體部分為核島；長方體部分為常規(guī)島。建于內陸的核電站還配有極為壯觀的冷卻塔(臨海而建的核電站沒有冷卻塔)。

核島：包括核反應堆和一回路系統(tǒng)、核燃料貯存池等帶有放射性的部分。最外層的圓柱體就是安全殼，安全殼內安裝有壓力容器、蒸汽發(fā)生器以及各種各樣的管道和裝置，前面介紹的核反應堆就位于壓力容器內。

常規(guī)島：常規(guī)島的工作原理與設備和火電站的基本相同，常規(guī)島的廠房內設有汽輪機和發(fā)電機，主要任務是負責把蒸汽變成電。

除了動力設施，核電站的設施還包括控制室、劑量測定監(jiān)督室、水處理室、泵房、變壓器和開關站、修配廠、備用鍋爐房、倉庫、各種貯罐、消防站、辦公樓、餐廳、車庫等等。

參觀完核島和常規(guī)島，《Geek》就可以揭曉本文題目的答案了：核電站是怎樣發(fā)電的?結合壓水堆的工作方式來看，核電站的發(fā)電過程是這樣的：反應堆進行鏈式反應，在短時間內釋放大量的熱能，在主循環(huán)泵的驅動下，在一回路中的液態(tài)冷卻水從堆芯帶走熱量并流入蒸汽發(fā)生器傳熱管的一側，經(jīng)蒸汽發(fā)生器內數(shù)以千計的傳熱管，將熱量傳給傳熱管另一側的二回路水，我們稱之為用水來燒水。前面提到過，從一回路流出來的水是在15.5MPa的壓力下，即使溫度高達300℃，也能保持液態(tài)。而在另一側的二回路水壓力則低得多，所以沸點比一回路的水低，自然就能實現(xiàn)用水來燒水了。二回路的水被加熱變成高溫高壓蒸汽后，就通過管道被送到汽輪機中去推動汽輪機做功，然后由汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)出的電流經(jīng)過變壓器升壓后并入電網(wǎng)。發(fā)電后的蒸汽自汽輪機排出，被三回路的海水冷卻后，再循環(huán)至蒸汽發(fā)生器加熱。如果核電站位于內陸地區(qū)，無海水資源可用，則第三回路使用來自冷卻塔(自然風冷)的循環(huán)冷卻水。簡單來說，核能發(fā)電就是核能一熱能一機械能一電能這樣一個能量轉換過程。核電站與火電站相比，最大的區(qū)別在于核電站是用核燃料在反應堆中燒水產生蒸汽發(fā)電，而火電站是用化石燃料在鍋爐中燒水。

核電站安全嗎?

其實就廠區(qū)環(huán)境而言，核電站比火電站整潔得多，可謂綠蔭環(huán)繞、生機盎然，那么為何又有這么多人談核變色、反對修建核電站呢?原來核電站運轉時，反應堆內不斷進行核裂變，并產生放射性分裂產物。如果這些放射性物質外泄，可能會污染環(huán)境，危害公眾健康。而歷史上的三次重大核事故——美國三哩島、前蘇聯(lián)切爾諾貝利、日本福島，又極大地加劇了人類對于核電的不信任。為了讓公眾能夠安心地支持核電，各國的核安全當局對于核電站安全設施的設計、施工、運轉可謂做足了功夫，不僅將這一切都置于嚴格的法規(guī)之下，而且對于各種意外情況也制定了相應的對策，同時不斷地進行這方面的科普宣傳。其實對于核電站所采取的安全措施，前文也零星有提到，如控制棒的設計，安全殼的防護功效等。接下來《Geek》就由內到外系統(tǒng)地講講現(xiàn)有的核電站的“七重防護”。在這重重防護措施之下，雖然不能說“絕無側漏”，但已經(jīng)把發(fā)生核事故的可能性降到了最低。

p.s.核輻射的劑量與危害

希沃特(英文sievert，縮寫sv，簡稱“希”，又稱西弗)是一個用來表示人類身體所能承受的以輻射場的強度與曝露時間的相乘積計算的輻射劑量(1希沃特＝1焦耳／公斤)，以“微希沃特／小時”及“毫希沃特／年”兩種較常見。地球上普通人每年受到的累計輻射平均為2.4毫希沃特。日常生活中接觸到的輻射劑量部在0.05微希沃特左右，接觸到的環(huán)境只要維持在0.2微希沃特以下部是正常可接受的。不過，超過20微希沃特就必須注意了。如果人體瞬間接受的輻射量超過2萬微希沃特，就會對身體造成危害，不僅會嚴重傷害腦中樞，還可能在幾小時內就死亡。

第一道防線——燃料芯塊

核燃料被高溫燒結成直徑幾毫米的小圓柱形燃料芯塊，外包石墨，質地致密堅硬，可以承受2000攝氏度以上的高溫。絕大部分放射性物質都會滯留在燃料芯塊內，只有極少量惰性氣體和碘，會借著擴散作用溜出來。

第二道防線——燃料棒

燃料芯塊裝入鋯合金燃料護套成為燃料棒，可以承受高溫高壓環(huán)境。通常護套破損的機率都小于百萬分之一，只要護套不破裂，溢出燃料芯塊的放射性氣體及碘，可以有效地被阻滯。

第三道防線——反應性先天穩(wěn)定設計

反應堆一般設計成負的反應性，也就是當系統(tǒng)的溫度、壓力升高時，會自動抑制核反應的進行。而當年的切爾諾貝利核電站的設計就完全不同，當系統(tǒng)溫度與壓力升高時，反應會更加快，更不受控制(石墨堆的固有缺陷)，這就是切爾諾貝利事故釀成嚴重災害的原因。

第四道防線——反應堆控制系統(tǒng)

控制棒群與備用硼液控制系統(tǒng)是不可或缺的安全系統(tǒng)，一旦反應堆狀況超過某個界限，系統(tǒng)會自動插入全部控制棒，只要1.5秒就可以中止鏈式反應。必要時，數(shù)十噸高濃度硼液會自動注入反應堆，立即終止反應。

第五道防線——反應堆壓力容器

反應堆外殼是厚達30厘米、重達1000噸的高強度金屬容器。放射性物質從燃料棒泄漏出來，也被局限在密閉的反應堆內。只有發(fā)生極嚴重的事故，放射性物質才會泄漏到系統(tǒng)之外。

第六道防線——緊急爐心冷卻系統(tǒng)

只要保持反應堆的水位，就可以防止反應堆“干燒”而使核燃料熔毀。一般的核電站都有多套緊急爐心冷卻系統(tǒng)，這些系統(tǒng)視反應堆壓力啟動，只要有1個回路把水注入反應堆，系統(tǒng)就安全無虞。

第七道防線——安全殼

安全殼又叫圍阻體，是防止放射性物質外釋最重要的外層防線，它由超過2米的強化鋼筋混凝土構成，把反應堆及密閉冷卻水循環(huán)系統(tǒng)通通納入它的防護范圍。任何自反應堆或冷卻水系統(tǒng)釋出的放射性物質，均無法釋放到外界環(huán)境。切爾諾貝利發(fā)生石墨大火時，就是因為沒有安全殼的設計，所以放射性物質隨火勢而直沖云霄，造成大面積污染。在另一方面，1979年的美國三哩島核泄漏事故結果就完全不同，盡管有20％的核燃料受到損毀，卻因為安全殼發(fā)揮功能，幾乎沒有放射性物質釋放到環(huán)境中。

以上的“七重防護”是現(xiàn)有的第二代核電站應用中的安全設計(第一代核電站為早期研究堆和試驗堆，多已退役)，而最新的第三代核電站在安全性上更勝一籌，如美國西屋公司的AP1000核電站就采用了“非能動安全”設計，比現(xiàn)行的“失靈安全”理念更先進。非能動安全又叫被動安全，即利用大自然的基本現(xiàn)象來設計安全設施。例如，冷卻水流失事故發(fā)生后，冷卻水不需要通過主泵才能夠注入反應堆內，而是利用重力將置于高處的冷卻水灌人反應堆，也就是再也不怕地震海嘯什么的造成的全面斷電了，安全殼也可以通過設計，使空氣發(fā)生自然對流帶走體內的熱量。

除了核電站內部的安全設計，各國核安全當局也制定了一定的安全措施，以應對緊急核事故的發(fā)生。不少國家規(guī)定，核電站必須以反應堆為中心劃出一定的區(qū)域(中國的規(guī)定是反應堆附近500米內)為安全區(qū)，安全區(qū)內禁止人們居住，也不準建設其他民用建筑。而一旦有大量的放射性物質向外界釋放時，政府會根據(jù)不同的事故狀況采取相應的防護措施，保護公眾的安全和健康。常用的防護措施有：隱蔽、服用穩(wěn)定性碘片(其原理是讓穩(wěn)定性碘在甲狀腺中呈飽和狀態(tài)，則放射性碘131就不能為甲狀腺所吸收，從而排出體外)、食物和飲水控制、出人通道管制、撤離、去污。注意，是服用碘化鉀藥片，不是猛吃碘鹽，下次可別再鬧“搶鹽”這樣的笑話了哦。

《Geek》要說的是，在安全設施完善和科學管理的前提下，核電站在運行過程中是十分可靠和安全的，放射性物質被置于層層防護屏障中，正常情況下對公共環(huán)境的輻射影響微乎其微；即使發(fā)生事故，這些屏障也能把絕大部分放射性物質阻攔在內。退一萬步說，哪怕公眾對建在家門口的核電站再不滿，在巨大的經(jīng)濟利益面前，唯利是圖的西方資本家也會極力推動核電的發(fā)展：美國核電站的運行成本平均低于2美分／千瓦時，而火電成本大約是3美分／千瓦時；我國的大亞灣核電站在2008年已經(jīng)完成全部基建貸款本息還款56.74億美元，運行15年，平均每年還貸3.78億美元(核電站的設計壽命一般是60年，還能延期服役)……再說了，每年因為礦難而死的人比歷史上因為核電站事故而死的人多得多，也沒見有人因此拒用火電站拿煤炭發(fā)的電吧?

核電也有煩惱

核電雖然相對于火電有巨大的優(yōu)勢，但也不是全無后顧之憂。核電面臨的一大難題就是核燃料的相對緊缺。全世界探明的鈾資源只夠人類使用75年，如果考慮未探明儲量和核電快速發(fā)展的情況，鈾燃料大概也只能使用100年左右，這完全有可能在化石燃料用完之前就出現(xiàn)鈾資源危機。不過實際情況并沒有那么嚴峻，因為從理論上燃料問題是可以解決的。快中子堆技術(利用钚239裂變產生的快中子將鈾238變成钚239循環(huán)利用的反應堆)如果能夠進入商業(yè)應用的話，核燃料問題就會迎刃而解了。此外，人類也在加緊研究核聚變技術。核聚變是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下(如超高溫和高壓)，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。核聚變釋放的能量比核裂變大得多，目前人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸，但是還不能進行可控核聚變，這主要是因為進行核聚變需要的條件非常苛刻，需要在1億攝氏度的高溫下才能進行。目前超導核聚變實驗裝置托卡馬克環(huán)和激光／慣性核聚變裝置NIF都獲得了初步成功，雖然離實現(xiàn)核聚變的商業(yè)發(fā)電遙遙無期，但至少讓人看到了希望。

核電面臨的另一大難題是核廢料處理。雖然核電站在正常運行中不會向環(huán)境釋放放射性物質，但是運行中會產生帶有一定放射性的廢氣、廢水和固體廢棄物，這些所謂的“三廢”必須經(jīng)過妥善的處理后才能向環(huán)境排放。三廢處理的原則是盡量降低排放量，即把放射性氣態(tài)流出物和液態(tài)流出物的排放降至最低的水平。氣體廢物經(jīng)處理和監(jiān)測合格后向高空排放：低放射性廢水經(jīng)處理，監(jiān)測合格后排放；放射性活度較大的液體廢物轉化成固體廢物，固體廢物進行貯存處置。核廢料中，最難以處理的就是鈾、钚等高放射性元素裂變過程中產生的“高級別”廢棄物(乏燃料)。大多數(shù)“高級別”廢棄物中的放射性同位素具有超強的輻射和極長的半衰期(有的超過10萬年)，這些廢棄物降低到安全放射性水平需要相當長的時間。目前可以通過玻璃化冷凍保存、離子交換、合成巖等方法來降低它們放射性，以便于進行后續(xù)處理。此外還有海洋處理、混合再生等方法，甚至有人提出可以把核廢棄物扔到太空里去。這些技術在理論上都是可行的，關鍵是看以后的發(fā)展。當然，最普遍的處理方法還是找一個地質結構穩(wěn)定的領域(最好不在本國)，挖一條500米至1000米的隧道，將這些高放射性的廢棄物往里面永久地一放——雖然有點掩耳盜鈴的味道，但目前對于大批量的乏燃料處理，也沒有更好的辦法。

明天會更好

半個多世紀以來，世界上擁有核電的國家，已經(jīng)從開始的1個發(fā)展到現(xiàn)在的30個；運行的核電機組，已經(jīng)由開始的1個發(fā)展到現(xiàn)在的440個；世界上核發(fā)電量占總發(fā)電量的比例，已從原來的微不足道發(fā)展到現(xiàn)在的13.8％。核電已經(jīng)成為目前世界上繼火電、水電后第三大發(fā)電方法。美國、法國、日本、俄羅斯、韓國、德國、加拿大、烏克蘭、中國和英國都是核電大國，核電第一大國美國的核發(fā)電量占全國總發(fā)電量的20％，法國更是占到了75％。未來還會有更多的國家興建自己的核電站，人類已經(jīng)離不開核電這種清潔高效的能源形式了。

雖然近期發(fā)生的福島核泄漏事故對核電的發(fā)展帶來了不小的消極作用，不少國家由此紛紛重新審視本國的核能源計劃，然而核電的巨大優(yōu)勢還是不容否定的。從世界能源利用現(xiàn)狀和發(fā)展前景來看，在沒有更經(jīng)濟的能源出現(xiàn)之前，發(fā)展核電是大勢所趨。隨著技術和管理水平的不斷改善，核電的安全性、可靠性和經(jīng)濟性也不斷提高，終有一天人類將不必談“核”變色，而是放心地享受核電帶來的便利。