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核能安全——把核电站建在地下是必然趋势

已有 3020 次阅读 2016-11-6 10:24 |系统分类:海外观察| 核能安全

核能安全简论.docx


中国的能源问题不仅仅是经济的问题更是国家安全问题,而核能安全则又是其中最迫切的一个问题。

从中国的资源结构来看,发展核能是必要的。因此全面地,彻底的审视核能安全,提出一个科学的符和中国实际和长远利益的方针是必要的。

一个行业的发展往往有其历史的惯性。比如,把第一个核电站建在地面上,也许在当时是个自然地习惯性的选择,——因为所有的电站都是如此,根本就没有考虑到核电站与其他燃料的电站的差别,但是一旦这么做了,后面的人们就循着这个路子走下去,于是把核电站建在地表就成了通例。但是在核科学的研究上,几乎所有具有放射性风险的设施都是放在地下。几乎所有的大型加速器都是如此,就连最大的周长27kmLHC,都是放在地下。然而唯独核电站,这个核事故最多的核设施,却偏偏建在地表。

核电站由于他固有的放射性潜在危险,建在地下本来是一个科学的必然。

但是今天提出这个问题却要经过不少的周折。但是不管有多少周折,最后必定是科学克服习惯。当年核弹试验也都是在地面上,现在不也都转入地下了。

如果我们认真地,科学地审视核电的安全问题,就应当清醒的认识到,把核电站建在地下应当是是一个明智的选择。我们现在已经有了足够多的惨痛教训认识到把核电站转入地下室核电发展的必然趋势。

假如切尔诺贝利核电站是建在地下,哪怕上面只有一百米的土壤层,那么即使发生了那个事故,也只是局部感到一点震动,不会有放射性的严重泄露,更不至于到现在方圆几十公里的地方还是人类的禁区,如果深度为两百米,大概地面上也就是感觉到一点震动而已。假如福岛核电站是建在地下,离海稍微远一点的地方,比如有十公里吧,地震,海啸也就不至于对它有什么大的影响,即使出了核事故,也顶多是一个核电站报废关闭而已,而现在它还在向外排放核污染,

而核电站的的拥护者们会争辩说,核安全在不断提高,总有一天能够避免这一类核事故。

核安全技术在进步。但是要知道,切尔诺贝利核电站的安全记录曾经是举世无双地好。那不是因为它的技术先进而是操作规程一直很严格。但是在苏联解体的前夜,由于纪律松弛,这次关机前的安全测试本来应该当在白班结束却拖到夜班,然后又是大夜班,一系列的错误使得反应堆的功率达到正常功率的十倍,于是事故发生了,我们到今天也不知道他们要实验的那台备用发电机到底启动了没有。这样的人为疏失,放在现在任何一个发电站都不可能不出事故。

福岛核电站也曾经吹嘘是最安全的二代核能。但是出了事故现在又说是beyond design。在一个地震频仍的国家,外海的一次强震造成的海啸就禁不住了,这种设计合格吗?这是超过了设计预期还是设计不当?

福岛核电事故,本来应当是人类全面反省核电安全的一个契机。当时中国政府也不得不暂停一下,但是很快就按原计划权利推动以第三代堆型为主的核电计划。

我比较认真地读了一下中国正在推行的AP1000,基本上是美国WP1000的改进型,声称是可以从原理上避免事故的发生。但是所有第三代都依靠某个平时并不启动只有在事故发生时才启动的部件。对于这类在发电站整个生命周期中只有在遇到事故时才启动一次的东西我本能的就保持怀疑。切尔诺贝利最后要试验那台备用的柴油发电机是否会启动,因为从电站建成就没有见到它启动过。再比如有些大型汽车有个安全门,以及逃生窗,许多司机都以从来没有开启过为荣,但是我怀疑十年二十年一次都不开的门和窗在需要开的时候是否一定能打开?我倒是主张这些东西应当定期的演练一下检查一下看看有没有故障,能不能正常运作。可是问题在于,我们的三代核电站不允许做这个演习,因为这类安全机制往往是不可重复使用的一锤子买卖,而且有些是破坏性的,试一次这个反应堆就泡汤了。我向曾经参与某种堆型定型鉴定会的校友提过几个问题,他们不能回答,也不敢回答。

我相信这些设计的初衷是好的,他们在理论上也是有些根据的,但是理论上正确不等于实施方案也完全正确,能够经受实践和时间的考验。任何工艺上的疏忽都可能使得那个系天下安危于一身的关键部件失灵。我也理解中国的能源现状等不及更安全四代核能开发完成。但是把核电站建在地下这个保证安全的措施为什么不肯考虑呢?

即使将来,比如十年或者一百年之后我们能有在原理上万无一失的核电机型,也就是即使人为疏失或则不可抗拒的自然灾害也不会返生严重的事故,但是还有一类事故难以避免,那就是人为破坏包括战争。

中国在上一届政府期间在东南沿海布置了一系列核电站。这大概是中国人坚信【和平与发展是当代的主流】最老实的表现。不过【和平与发展是当代的主流】这话放到1931年日本发动对华侵略战争之后也可以自圆其说,甚至1937年七七事变之后也行,因为当时的主要大国没有进入战争嘛;甚至1939年签订了莫洛托夫-里宾特洛甫密约的时候也行——当时在苏联不是有很多人高呼和平万岁吗!假如明天战争怎么办?这些在地表的核电站简直就是送给对手的核武器。你可以说攻击核电站就是发动核战争,那又如何?日本法西斯军国主义这曾经冒天下之大不韪使用过细菌武器,而那些研究这些武器的人居然可以逃脱东京国际军事法庭的审判,谁能保证将来没有人想炸这些核电站。几年前不是有一些在台湾的不肯当中国人的所谓的台湾人要炸三峡大坝吗?炸沿海的核电站比炸三峡大坝容易多了。三峡大坝是个顶部宽40米下面更宽的实心的钢筋混凝土重力坝。40米什么概念?长安街的快车道双向共十个车道,从GoogleEarth看上去也不到三十五米。如果加上一边的公共汽车停靠的站位,就将近四十米了。但是现在的已经运行的或正在建设的核电站它们的安全外壳最大的外观尺度也不过40多米(AP1000containment钢壳圆柱直径39.6米,厚4.44厘米;水泥外壳内径是43米,厚度为0.9米)。据说声称可以防止911那样的飞机碰撞,但是肯定扛不住常规的钻地炸弹。而美国在1991年海湾战争用的钻地炸弹可以钻透六米厚的钢筋混凝土公事,新的更厉害。

如果我们有一点战争观念,如果不是被和平幻想和纸迷金醉冲昏了头脑,就应当认真考虑把这些核电站修改设计建在地下。

现在我们已经有过设备故障的三里岛事故,有过人为疏失的切尔诺贝利,有了beyonddesign的天灾福岛事故,是不是我们还要等待一个战争的人为破坏的事故?古人云事不过三,现在是该认识到这个问题的严重性的时候了,否则是不是有点【困而你不学】的味道?

我想这里有一个问题可能妨碍做出决定,就是成本。如果把现在的那套设计原原本本搬到地下,肯定会提高成本。但是我认为成本也只是小账。切尔诺贝利一个事故的代价,根据维基百科全书,就是180亿卢布,大约200亿美元,而且救灾动用了超过五十万人,他们中间有些人还会因为放射病故去。而如果遇上战争,……

2011年,我第一次在清华校友网社区以向领导人建议的方式提出这个建议的时候我没有过多讨论成本问题,我认为应当首先确定这个方向,然后再考虑如何降低成本。再者我并不是核电从业人员,对于设计的细节并不在行,对于如何降低成本也没有什么说服力。现在我想强调指出,如果从头彻底考虑安全设计,成本应当不会升高而可能有所降低。因为第一,如果把核电站的堆芯放在地下,现在的一个最昂贵的安全设备,钢安全罩就没有必要了(AP1000的说明书书英文版里这个钢之安全壳叫containment building,当时没有找到它的中文版)。它能承受很高的压力(275-550kPa),但是毕竟比两百米的土层还是差得多。减去这个安全罩,应当大大降低成本。这是一个直径39.6米(130英尺,因为原设计用的是英制),厚度为4.44厘米(1.75英寸)的特种钢罐子(没有在手册上查到高度)。它的制造和安装肯定要占相当一大部分成本工时。它占了结构模块的三分之一(41/122,而且应当是尺度最大,材质要求最高的模块,必定占了结构低成本的很大一部分。从施工进度看,也是装配难度也是比较大的。整个电站的建设时间是五年,前期准备是一年半,而这个安全罩的圆柱部分(不算顶部和底部)就用了好几个月。请看说明书的这张进度简图:


图中从两个月到一年这一段时间,主要就是containment vessel的圆柱部分和水泥外罩的浇筑。这个罐子的焊接是个很耗时间的工作。

当然外面的钢筋混凝土的外壳也不需要了。不过为了搞好地下水防护,应当还是要一个钢筋混凝土加固的室壁特别是坐垫,保证即使发生最严重的核事故也不会烧穿,防止放射性物质进入地下水。

建在地下,还有一项隐形的节约。就是周边的土地利用。如果建在地面,在它周围本来应当有一个安全区,我不知道在中国这个区域是多少,但是的土地的价值肯定会大打折扣至少很多企业不会选择在这里落户。建在地下则不同,本质上只要足够深,可以保证地面不受任何放射性影响。

深度的选择有两个判据:第一,假如发生最严重的事故,发生爆炸,上面的覆盖层有足够的压力,防止放射性气体泄漏;第二,假如发生战争,应当能够防止钻地炸弹的攻击。本人粗估两百米的土层应当足够了。

第一点,   现在的所谓 containment building 只能承受275-550kPa的压力。一个大气压是101.3kPa,也就是最多5.5个大气压。在切尔诺贝利和福岛事故中,这个钢安全壳都被炸坏了。按照这个标准,两百米是太深了,但是,我们知道原来的那个安全罩实际上不安全。需要承受多大的压力,这个还需要详细计算。而且是完全把放射性气体全都笼罩在地下还是需要一个出口,把它们排出去这也需要研究。有了切尔诺贝利和福岛的经验应当能找到一个合理的耐压值。

第二点,   第二点可能更容易确定。如果不适用核武器,一百米已经是常规武器的极限。而如果使用核武器,那么打这个核电站的意义不大。因为即使打穿两百米的覆盖层,打出来的一个洞也还是有那么深,能够抛射出来的东西有限,那个原子弹放到别处去可能杀伤力更大。

为了降低成本,我主张把核电站建在地质条件好的已经耗尽的矿井里。比如京津和东北地区是不是可以在渤海湾的华铜铜矿的废矿井里建设一组核电站,再如唐山的煤矿也应当有很多废弃的矿井,深度够又在京津附近。地址条件也好,连唐山大地震都没有吧那些矿井震垮。这不但可以节省开挖的成本,而且可以振兴老的矿区,给他们送去新的产业。

我认为,这个问题,要不要把核电站建在地下,现在已经不是一个技术问题,而且是涉及到国家安全的重大问题。最高领导应当介入。现在,从文革结束之后,推崇专家的作用。重视专家是好事,而是迷信专家也是个重大失误。专家在他真正内行的范围内固然能够提供正确的意见,但是在需要发展的时候原来的专家几乎永远都是绊脚石。比如包括波尔在内的一大批核物理学家认为要利用铀裂变释放的原子能是不可能的。我希望在听取专家意见的时候应当听取双方的辩论,而不是由权威的一方说了算。如果他们不讲道理了,就应当怀疑一下他们的权威性。

美国的前总统艾森豪威尔在他的最后演说中,提出两个问题,一个是军工综合体,一个就是专家。这个演说值得我们认真思考。

Yet in holding scientific discovery in respect, as we should, we must also be alert to the equal and opposite

danger that public policy could itself become the captive of a scientific-technological elite.


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