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美国核电建设停滞31年的背后真相

已有 623 次阅读 2018-6-11 21:06 |系统分类:科普集锦

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传统火力发电站烧煤发电,动则每天消耗个上千吨的煤炭。惋惜资源不可再生的同时也对其造成的环境污染隐隐作痛。

而相对来说,核电站则是一种高能量、少耗能、几乎无污染的新时代产物。

面对如此诱人的科技成果,美国却有长达31年禁止触碰核电这块大奶酪。

所有的担忧与后怕皆源于美国核电历史上最严重的一次事故


1951年12月,美国实验增殖堆1号首次成功利用核能发电让人类看到了电力来源的新希望。

当时电网还几乎完全由火力发电并入,环境污染的形势因此而更加严峻。此后50余年各国则以迅猛之势争相开展对核电的研究、开发与应用。

发达国家都迫切地渴望早日掌握此项技术,是为世界环境大格局着想,更是企图垄断这项来之不易的技术。

其中美国与苏联之间的军事竞备更是长期处于白热化阶段。

到了70年代,因石油涨价引发的能源危机之直接推动了核能的大发展。

目前世界上商业运行的400多座核电站机组基本上也是那段时期建成的。


常在河边走,哪能不湿鞋。

在追逐科技发展的路上总是难以避免地要碰壁,特别是在竞争激烈的国际大环境下。

美国就率先大意地在核电的“河边”弄湿了自己的一双鞋。

而且这双鞋湿了之后的30多年都不敢重新穿起来。

位于宾夕法尼亚州的三哩岛核电站是美国早期最具潜力的商业运行核电机组之一。

它于1974年开始并网发电并商业运行,原本设计40年寿命的它却在建成5年后就遭遇了一次重大打击,这次打击严重影响了整个美国的核电发展

三哩岛核电站

那是1979年3月28日凌晨4点,一个普普通通的值班时间,普通得如启明星出现前每一个凌晨里寂静又忙碌的机组操作室。

而就在几秒钟的光景之后,这个时间点又失去了它的平凡,甚至成为了历史上一个值得铭记的惊心动魄瞬间


核电站主要依靠铀-235原子的核裂变反应释放大量能量进行发电。

诱导热中子轰击铀-235原子,使其原子核分裂为几个质量更小的原子核,同时释放出几个中子和能量。

释放出的中子再继续轰击别的原子延续核裂变过程,从而形成了链式反应并释放出巨大的能量。


1kg铀完全核裂变产生的能量大约相当于燃烧2000吨煤炭,如此剧烈的反应过程中必然伴随有大量热量的散失。

而如果反应堆内温度过高,反应炉将可能融化,这些放射性物质将逸出装置释放到大气中,造成核泄漏的危害。

因此反应堆内的冷凝系统对整个过程起着尤为关键的作用。


三哩岛核电站2号机组(TMI-2)反应堆二次回路的冷凝水泵突发性地出现故障,暂停了供给冷凝水进入蒸汽发生器的过程。

故障直接导致了核裂变产生的热量在反应堆中心聚集,使堆芯*压力上升

但这毕竟是一个较为完善的工作机组系统,当然也具备相应的应急程序。

这时备用水泵理应按照预设的程序启动,暂时替代正式水泵以完成供水工作。

但是这一次,备用水泵也没有任何反应。

*注:堆芯指的是反应堆内部的燃料棒,当反应堆温度上升过高(一般临界值为2871℃)会造成堆芯熔毁,这是核电站可能发生的事故中最严重的事态。

TMI-2构造示意图

原来两天前电站维修人员在例行检修之后,因疏忽而没有按规定打开辅助给水系统中的隔离阀,以至于辅助给水系统也没有投入运行。

幸运的是,反应堆自动应急系统功能还算强大。在自动停堆后,堆芯压力逐渐下降至正常值水平。

接着高压安注系统*启动,通过未回座的卸压阀使冷却水流入堆芯进行降温。

*注:安注系统也叫“应急堆芯冷却系统”。当一回路系统破裂引起失水事故时,安注系统可向堆芯注水,保证淹没和冷却堆芯,防止熔堆,保持堆芯的完整性。


一切问题仿佛都在有秩序的机组自动调整中恢复正常。

然而此时慌乱的操作室里一项关键性的人为干预,再次将局势扭转。

由于指示灯显示混乱,操作人员在未探明卸压阀是否回座的情况下,错误地关闭了本可以冷却堆芯的紧急供水系统。

当时操作员以为切断紧急供水是在挽救核电站,但其实却是在雪上加霜,亲手断送了它。


仅仅数分钟内,操作室内的安全警报开始不绝如缕地响起,操作按键的灯不停闪烁,像是圣诞树上的彩灯。

但紧张、压迫的气氛又让人完全无法将它与充满愉悦的圣诞树彩灯联想到一起。

当时堆芯上部燃料棒的温度已经超过2760摄氏度,距离堆芯熔毁的临界值2871℃仅一步之差。

仿佛下一秒钟堆芯就完全裸露,反应堆内的放射性物质从高耸的冷却塔中涌出,人类手无缚鸡之力地赤裸面对这场灾难。

混乱的指示灯

在事故发生后,堆芯确实曾部分或完全裸露,其上部三分之一遭到严重损坏

气体和裂变产物中含有的放射性物质通过开启的卸压阀逸出,但所幸的是它们基本被封锁在安全壳内,只有小部分放射性外逸。

操作人员在面临生死边缘的危难前线奋战了15小时50分钟后,终于成功实现了反应堆的强迫循环,结束了这起事故序列。


虽然反应堆受到了控制,但舆论的风声却急速蔓延。

这起事故是核电历史上第一次出现堆芯融化的核事故,因此美国相关部门很快就做出了快速而激烈的反应。

事件发生之后4个小时,美国核管理委员会就发出警报,并赶往三哩岛进行支援。

不出两天,这个机构关于事件发布了核泄漏危险性的报告

记载三哩岛事故的告示牌

随后美国媒体和国际媒体连日报道三哩岛事件,甚至使用诸如“恐怖”等字眼来描述事件经过。

在机构的建议下,宾州州长下令让核电站附近的居民进行撤离

曾作为一名核工程师的当时美国总统卡特得知消息后倒没有慌张,但迫于媒体的压力,他也亲自视察了三哩岛核电站。

政府和媒体的这一系列后续举措激发了核事故后群众恐慌情绪,严重打击了美国民众对核电的信心。

事件之后民众纷纷集会示威,要求停建和关闭核电站。当时的首都华盛顿也是遍布了各种反核标语。

反核示威

迫于压力,当时的总统吉米·卡特宣布了“美国不会再建设核电站”的决定。

美国的核电发展从那以后止步不前。

直到奥巴马执政期间才发表了重新建设核电站的计划。

总统吉米·卡特

虽然这起事故反响巨大,但实际上它的后果并不是特别严重。

整个事故期间没有一人死亡或受伤,只有两名前线工作人员分别受到了500mSv和1500mSv的辐照(工作人员每年可以接受50mSv的剂量)。

而撤离的人员也在一个月内就搬回了原住地。


三哩岛事故其实是一系列机器故障和人为失误叠加意外造成的核事故。

它的事故后果影响也因安全壳的设计而实现了有效的控制。

但核电始终是块烫手的香芋,无论是政府还是企业在全人类的健康安全问题面前都不能轻率。


*参考资料

Backgrounder on the Three Mile IslandAccident. NRC Library.

Nuclear accident at Three Mile Island. THISDAY IN HISTORY:MAR 28.

回顾人类历史上的三次重大核事故. 北极星电力网新闻中心. 2014.

王硕. 1979年美国三里岛核事故[J]. 百姓生活, 2011(5):54-55.




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