赵顺安

      1、核电工程是否有危险

      核电是世界上核大国正在进行的核能的和平利用，核电技术已经发展了50年，形成了三代核电技术。成熟的用于商业运行的核电技术，仍是热堆技术。热堆目前最常用的是轻水压水堆，我国至2013年止，已经投入运行的机组共17台，总装机容量达到1475万千瓦，如图1示。其中除秦山核电三期2台700MW机组为重水堆外，其余均为压水堆，拟建的核电机组也均为压水堆。

      核电工程是否存在危险？答案是显而易见的，当发生事故时会出现放射性物质的泄漏，会造成人员伤亡、环境和土地污染。无论危险的机率多大，一定是存在的。只是随着核电技术的进步，发生危险的机率在减小。

图1 我国核电工程建设信息

      2、核电危险在哪？

      核电的危险是出现放射性物质的泄漏污染环境和土地，在什么样事故情况下会出现这危险呢？从压水堆的反应原理便可找到答案。压水堆是以铀235为燃料，由慢化剂、冷却剂和控制棒等主要功能件组成。慢化剂是降低中子速度维持反应堆运行的必备品；冷却剂是将反应堆的热量带走的介质；控制棒是控制反应堆反应强度和启闭的装置。

      危险1控制棒的运行受阻，反应堆失控，这种情况下，若冷却剂运行系统的一回路正常运行，热量能导出反应堆维持其反应热量，直到燃料尽，不会有危险。如果这时发电机组不能运行，二回路不能消耗一回路热量，作为电厂重要厂用水的最终热井能正常运行，也没有危险，否则，便会造成反应堆温度升高过大堆芯熔化，甚至发生爆炸造成严重的的核电事故。

     危险2冷却剂的一回路系统出现故障是最危险的，这时反应堆的热量无法导出，即是立即停堆，反应堆余热还有，堆芯温度也会升高太多，使堆芯熔化，熔化后存在反应堆的再次起堆。所以，核电技术中一回路中的管、泵、阀都是关键部件，也是核电的核心技术之一，其次是核电的最后热井问题，不能出任何问题。

      危险3常规岛的突然事故，常规岛突然停机，二回路热量散不出。一回路也就散不出，若最终热井起作用，可紧急停堆，然后启用最终热井。

      核电工程事故引发点很多，但只要保障在任何情况下都可将反应堆热导出和控制棒不失效便可避免造成严重的核泄漏危险。核电技术的进步也是不断使一回路和最终热井技术更可靠，早期的最终热井是机械传动的，在事故发生时，有专门供电系统保障。即使如此，也有万一的时候，日本福岛核电就是一个例子。现在已经进入到核电三代（AP1000等堆型）技术了，最终热井采用了非能动，即在事帮发生时，停堆后的热量可由高位的储水重力作用冷却堆，比一、二代进了一大步。

      3、历史上的3次重大核电事故回顾

      （1）美国三里岛事故

       事故发生在1979年3月28日，是核电历史上第一次出现堆芯熔化的核事故。它是由一系列人因事故和机械故障的不断叠加造成的，但它的后果并不是特别严重。整个事故期间，有3名工作人员受到了40毫西弗剂量(工作人员每年可以接受50毫西弗的剂量)的辐照，1名工人的前臂皮肤受到了500mSv的辐照，1名工人的手指因进行反应堆冷却剂取样操作而受到1500mSv的辐照。整个事故中，无人员受伤和死亡。核电站周围15英里内大约有14.4万人撤离(大部分人是自动撤离)，但不到一月的时间，几乎所有人都回到了原住地。

      三哩岛核事故的事故后果影响能够控制得如此之小，最主要的原因是它设计了安全壳。安全壳是一个墙厚达到1米的钢筋混凝土构筑物，它的坚固程度可以承受飞机的撞击。在三哩岛核电站内部发生堆芯熔化之后，释放出来的放射性物质全成功地控制在了安全壳以内，从而保护了周围公众不受核辐射的影响。

      事故是因为人为误操作，使常规岛汽轮机突然停机。二回路冷却能力下降，反应堆温度压力升高不断，这时启动停堆泄压，一回路的泄压阀门机械故障无法关闭，冷却剂减少，启动专门安全系统给反应堆注水，此时又出现了反应堆报警，操作员又关闭了注水系统，后冷却剂不能覆盖堆芯，燃烧棒温度继续升高，最后 发生堆芯熔化。

      （2）切尔诺贝利核事故

      这是一次核灾难，发生于1986年4月26日发生在乌克兰普里皮亚季邻近的切尔诺贝利核电站。四号反应堆发生了爆炸，连续的爆炸引发了大火并散发出大量高能辐射物质到大气层中，这些辐射尘涵盖了大面积区域。这次灾难所释放出的辐射线剂量是二战时期爆炸于广岛的原子弹的400倍以上。

     苏联当局在事件发生之后36小时，就开始疏散住在切尔诺贝利反应堆周围的居民。在1986年5月，即事件发生后一个月，约116,000名住在核子厂方圆30公里（相当于18英里）内的居民都被疏散至其他地区。然而辐射所影响的范围其实能散播至超过方圆30公里外的地方。

      事故原因：操作人员误 操作。26日1时，工作人员为了达到试验计划的功率，将保证反应堆安全的控制棒提出，所提升的控制棒已经超出了运行规程的限制。尽管如此，试验仍继续进行。为了避免反应堆自动停堆，工作人员还切除了部分事故保护系统。试验开始后不久，反应堆功率急剧上升，冷却剂温度上升，出现闪蒸现象(即突然蒸发成水蒸气)。冷却剂闪蒸之后，反应堆内空泡增加，具有正空泡系数的石墨沸水堆功率急剧上升。堆内空泡越多，反应堆功率越大，这也就是这种反应堆的设计缺陷，现在法规要求反应堆的空泡系数必须为负值。这时，工作人员希望把控制棒插到堆芯里，但是由于堆芯功率暴涨，温度急剧上升，导致了控制棒管道变形，控制棒无法插入堆芯。至此，反应堆已经进入了失控状态。反应堆进入失控状态，堆芯功率迅速增加，燃料棒开始熔化，堆内蒸汽压力瞬间暴涨，最后导致了一场蒸汽爆炸。蒸汽爆炸破坏了反应堆的顶盖，并把反应堆厂房屋顶炸毁。切尔诺贝利核电站没有设计安全壳，当时对于安全壳的必要性还存在争议，美国人认为需要，苏联人认为不需要。所以，反应堆厂房被炸毁意味着所有放射性全部释放到环境中，这就形成了历史上最严重的放射性物质泄漏事故。反应堆内的蒸汽爆炸导致厂房损坏，放射性物质直冲云霄，四处飞溅。而更为雪上加霜的是，从反应堆内溅射出来的高温核燃料和石墨与氧气接触，引起了石墨火。火花随着放射性物质溅落到核电站的各个厂房，引起了30多处的大火。即是放射性物质释放，又是大火灾，人类史上最严重的工业事故就这样发生了。

        （3）福岛核事故

      事故由2011年3月11日14时16分日本东北部太平洋海域9级地震引起。福岛核电站检测到了地震信号后，自动启动紧急停堆系统。大约30分钟后，反应堆都实现了自动停堆，进入次临界状态。至此，核电站处于安全状态，这也说明核电站成功抵抗住了9级地震的冲击。停堆之后的反应堆还需要不断地供冷却水来冷却堆芯的余热，这样才能确保反应堆的绝对安全。14点47分，大约停堆1个小之后，地震震毁了输电塔，核电站失去了外部电源，用于冷却堆芯余热的水泵停了。这时，启动应急柴油机启动，供电给水泵进行冷却堆芯余热。15点37分，即应急柴油机启动50分钟后，核电站遭到海啸袭击，高达15米的海啸把两台应急柴油机淹没，核电站的最后一道防线失效了。在应急柴油机失效之后，核电站场内还配有紧急备用电池(UPS)，UPS可以供应8个小时的电力。在这8小时的时间里，抢险人员的任务就是找到外来紧急电源来供给冷却堆芯余热使用。但是，很遗憾，东京电力公司的抢险人员没能完成这个任务。等到UPS电源用完之后，堆内的水慢慢被烧成水蒸气，然后就是燃料棒熔化，放射性物质开始释放。反应堆燃料棒的包壳是一种锆合金，这种合金在高温下与水蒸气反应会产生氢气。福岛核电站反应堆内便发生了这种锆-水反应，产生大量氢气。福岛核事故的爆炸是厂房内的氢气爆炸，就跟普通的煤气爆炸一样，危险程度并不是太很高。但氢气爆炸炸毁了反应堆厂房，使得厂房内的放射性物质泄漏到了环境中，造成了放射性泄漏事故，这便是这次爆炸带来的严重后果。