核電專(zhuān)家詳解談我國(guó)核電站設(shè)計(jì)思路

　　我們時(shí)時(shí)刻刻都在接觸天然輻射

　　應(yīng)關(guān)注電離輻射對(duì)人體健康的影響

　　編者按

　　日本福島核事故引發(fā)的話(huà)題依然受到公眾關(guān)注。今天，我們邀請(qǐng)了我國(guó)核電領(lǐng)域權(quán)威專(zhuān)家、中國(guó)工程院院士、中核集團(tuán)科技委副主任葉奇蓁，來(lái)回答讀者朋友關(guān)心的三個(gè)問(wèn)題：一、有那么多預(yù)置的安全措施，為什么福島核電站最終仍然面臨“焦頭爛額”的局面？二、針對(duì)福島發(fā)生問(wèn)題的環(huán)節(jié)，我國(guó)核電設(shè)計(jì)時(shí)是否有相應(yīng)的對(duì)策？三、我國(guó)核反應(yīng)堆的安全靠什么來(lái)保證？

　　問(wèn)題一：

　　福島為何“焦頭爛額”？

　　記者：許多讀者有一個(gè)疑問(wèn)，那就是既然有那么多預(yù)置的安全措施，面對(duì)突發(fā)事故，福島核電站為什么最終仍然面臨“焦頭爛額”的局面？

　　葉奇蓁：核電站設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)環(huán)境安全還有三項(xiàng)基本要求，第一條，反應(yīng)堆一旦出現(xiàn)故障的時(shí)候，反應(yīng)堆要停下來(lái)。第二，反應(yīng)堆余熱要導(dǎo)出。核電站唯一跟鍋爐不一樣的地方，就是鍋爐停止燃燒就沒(méi)有能量了，最多紅顏色燙手而已，核電站卻繼續(xù)發(fā)出一些余熱，大概是原功率的6.6%左右，還要把這些能量導(dǎo)出來(lái)，繼續(xù)冷卻。第三，把放射性物質(zhì)包容在安全殼內(nèi)。如果遵守了這三條原則，即使發(fā)生任何事故，也不會(huì)對(duì)環(huán)境發(fā)生影響。福島做到了第一條，但后面兩條沒(méi)有做到，這就是它產(chǎn)生的問(wèn)題。

　　我們來(lái)回顧一下整個(gè)事故的過(guò)程。福島第一核電站有六臺(tái)機(jī)組。1號(hào)機(jī)組是按照0.18g（g指地面重力加速度）設(shè)計(jì)的（現(xiàn)在核電站設(shè)計(jì)是按地面加速度的力度來(lái)衡量的，跟常規(guī)的地震烈度不一樣，按地面加速度就可以比較嚴(yán)格地按照力學(xué)原理，來(lái)計(jì)算建筑物、設(shè)備、管路等能不能承受某個(gè)地震烈度），其余機(jī)組按0.45g或者0.46g設(shè)計(jì)。3月11日，日本強(qiáng)烈地震引發(fā)了海嘯。這次9級(jí)地震相當(dāng)于0.52g，超出了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　地震發(fā)生后，福島第一核電站安全系統(tǒng)正常啟動(dòng)。首先安全停堆，安注系統(tǒng)和應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)立即啟動(dòng)，在廠(chǎng)外電源喪失的情況下，應(yīng)急柴油機(jī)也正常啟動(dòng)。也就是說(shuō)，海嘯之前，核電站的運(yùn)行是正常的。第一是停堆，第二冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)起來(lái)，把余熱導(dǎo)出去。

　　但是，第一核電站海堤設(shè)計(jì)高程是5.7米，而這次地震引發(fā)的海嘯在福島核電站地區(qū)是14米，這就使應(yīng)急柴油機(jī)房進(jìn)水，一小時(shí)后停止運(yùn)行。此時(shí)，儀控系統(tǒng)改由蓄電池供電，設(shè)計(jì)容量只能維持8小時(shí)。

　　13小時(shí)以后，移動(dòng)發(fā)電機(jī)到達(dá)，但是因?yàn)榕潆娧b置在底層，被水淹了，無(wú)法接通，直到3月12日15時(shí)還無(wú)法接通，改接新電源線(xiàn)給水泵供電，但這個(gè)時(shí)間已經(jīng)晚了。超設(shè)計(jì)的海嘯高程導(dǎo)致全廠(chǎng)斷電，沒(méi)有外電源，也沒(méi)有內(nèi)部的應(yīng)急電源，全廠(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間斷電，導(dǎo)致堆芯冷卻手段長(zhǎng)期不可用。第二條安全要求，也就是余熱導(dǎo)出，在一小時(shí)后就失去了。

　　由于余熱導(dǎo)出冷卻失效，造成反應(yīng)堆溫度、壓力升高，冷卻劑不斷喪失，燃料露出來(lái)了，原來(lái)是水和蒸汽包容的。露出來(lái)的燃料溫度就很高了，平時(shí)水蒸汽的溫度大概200多度，沒(méi)有冷卻以后，就到了上千度以上。一千到兩千度的情況下，下面還有一部分水，水跟鋯起了化學(xué)作用，產(chǎn)生了氫氣。安全殼外面有個(gè)廠(chǎng)房，氫氣就跑到廠(chǎng)房頂部集中，當(dāng)濃度達(dá)到10%的時(shí)候（一般控制在4%以下），遇到空氣中的氧氣，就發(fā)生了氫爆。12日，1號(hào)機(jī)組氫爆，14日，3號(hào)機(jī)組氫爆，15日，2號(hào)機(jī)組氫爆，這樣把廠(chǎng)房就炸開(kāi)了，使廠(chǎng)房裸露。

　　有人說(shuō)已經(jīng)停堆了，怎么還會(huì)出問(wèn)題呢？因?yàn)閯偼６?，把堆里的乏燃料卸到水池里，還有余熱，剛卸出來(lái)有百分之幾的余熱。地震1小時(shí)以后，水同樣沒(méi)有冷卻，這個(gè)水是敞開(kāi)的，在一個(gè)大氣壓下，一百多度的水，就造成了蒸發(fā)，水位就很快下降。幾天以后，每個(gè)堆還約有1萬(wàn)千瓦的熱量。一萬(wàn)千瓦的熱量如果沒(méi)有冷卻的話(huà)，一天可以燒開(kāi)三百?lài)嵥?，所以他們用直升機(jī)向燃料廠(chǎng)房灑水冷卻，但效果很小。

　　問(wèn)題二：

　　我國(guó)有否相應(yīng)措施？

　　記者：針對(duì)福島核電站出現(xiàn)問(wèn)題的那些環(huán)節(jié)，我國(guó)核電站設(shè)計(jì)中有相應(yīng)的安全措施嗎？請(qǐng)?jiān)敿?xì)介紹一下。

　　葉奇蓁：針對(duì)福島核電站出現(xiàn)的問(wèn)題，我國(guó)核電站設(shè)計(jì)中有大量的安全措施：第一，抗地震設(shè)計(jì)。凡是牽涉到核電站安全的，都要按安全停堆地震來(lái)設(shè)計(jì)，這個(gè)話(huà)的含義是，即使是地震的情況下，我的系統(tǒng)還要保持功能，能把堆停下來(lái)。所以，廠(chǎng)房的地基應(yīng)放在完整的基巖上，必須遠(yuǎn)離斷層，特別是地表產(chǎn)生裂縫或者錯(cuò)動(dòng)的活動(dòng)斷層，絕對(duì)不能建核電站。

　　第二，防洪的要求。設(shè)計(jì)會(huì)考慮到臺(tái)風(fēng)、海嘯、海平面上升、暴雨、上游潰堤，以及波浪影響等，超越概率千分之一來(lái)確定。廠(chǎng)坪標(biāo)高要高于基準(zhǔn)洪水位。

　　核電是清潔環(huán)保能源，人們不必“談核色變”

　　一旦出現(xiàn)核事故，應(yīng)關(guān)注政府的信息發(fā)布，不可聽(tīng)信謠言。

　　第三，應(yīng)急電源，主網(wǎng)有500千伏，還專(zhuān)門(mén)有一個(gè)22萬(wàn)伏的備用電源。設(shè)計(jì)時(shí)每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)應(yīng)急柴油機(jī)，一臺(tái)就能保證應(yīng)急電源，同時(shí)還考慮設(shè)置一條專(zhuān)用的備用外電源。

　　第四，嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解。廠(chǎng)房里有移動(dòng)式防氫爆措施，有完整的測(cè)量系統(tǒng)，一旦氫濃度高了，就消氫，現(xiàn)在還新設(shè)計(jì)了非能動(dòng)的氫復(fù)合裝置。排放的放射性氣體通過(guò)過(guò)濾器，把放射性洗掉。同時(shí)快速卸壓，將蒸汽排放到安全殼里，因?yàn)槲覈?guó)是壓水堆，如果二回路壓力高了，我們?cè)俣闻欧耪羝?，這時(shí)候蒸汽是沒(méi)有放射性的，也可以冷卻主回路，主回路的排放是排放在安全殼里。

　　例如，我國(guó)秦山核電站周?chē)吔绲妮椛?，?guó)家限值0.25毫西弗，實(shí)際測(cè)量是0.005毫西弗。抽一支煙相當(dāng)于0.001毫西弗，2005年測(cè)得0.0047個(gè)毫西弗，相當(dāng)于抽了5支煙。

　　問(wèn)題三：

　　如何設(shè)置縱深防御系統(tǒng)？

　　記者：核能的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在哪里？我國(guó)核反應(yīng)堆的四道安全屏障是如何設(shè)置的？所謂核電站的縱深防御策略是怎么回事？

　　葉奇蓁：核電是清潔能源，核裂變能量是可控的。一公斤的鈾-235裂變釋放的能量，相當(dāng)于2400噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的能量。我們一座百萬(wàn)千瓦核電站每年只要補(bǔ)充30噸核燃料，同樣功率的火電廠(chǎng)每年要燃燒330萬(wàn)噸煤。核電大量減少了溫室氣體排放，大量減少了對(duì)環(huán)境有污染的二氧化碳、二氧化硫等氣體排放，也減少了煤渣，減少了運(yùn)輸，所以核能的優(yōu)勢(shì)很突出，是我國(guó)能源發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。

　　我國(guó)建造的是壓水堆核電站，里面所有的和發(fā)生核裂變的物質(zhì)有接觸的水，都孤立在安全殼里面，跟汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)都是隔離的，這跟日本發(fā)生事故的沸水堆是不同的。

　　我國(guó)核反應(yīng)堆有四道屏障保證安全，第一道屏障為燃料芯塊和包殼。核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)98%以上滯留在二氧化鈾陶瓷芯塊中，不會(huì)釋放出來(lái)。第二道屏障為燃料包殼。燃料芯塊密封在鋯合金包殼內(nèi)，防止燃料裂變產(chǎn)物和放射物質(zhì)進(jìn)入一回路水中，這是完全密閉的，即使產(chǎn)生的氣體也密閉在這里，這里面留有一定的空間，而且鋯管的燃料棒可以承受一定的壓力，最大數(shù)量的密閉氣體釋放也不足以使它開(kāi)裂。第三道屏障為壓力容器和一回路壓力邊界。由核燃料構(gòu)成的堆芯封閉在鋼質(zhì)壓力容器內(nèi)，壓力容器和整個(gè)一回路都是耐高壓的，放射性物質(zhì)不會(huì)泄漏到反應(yīng)堆廠(chǎng)房中。第四道屏障為安全殼，就是混凝土的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的安全殼直徑約37米，安全殼墻厚將近1米，而且用鋼索扎緊，在內(nèi)部產(chǎn)生一定壓力的時(shí)候，不會(huì)把安全殼破壞，可防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。

　　我國(guó)核電站采取縱深防御策略，正常運(yùn)行的時(shí)候有一套控制系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)事故就把堆停下來(lái)，然后有其他的安全系統(tǒng)來(lái)保護(hù)它。比如，壓力容器沒(méi)水了，用安全注入系統(tǒng)補(bǔ)充進(jìn)去，安全殼里壓力高了，產(chǎn)生大量蒸汽了，有安全噴淋系統(tǒng)，噴進(jìn)去冷水把壓力降下來(lái)。蒸發(fā)器里沒(méi)有水了，燒干了，用輔助給水系統(tǒng)補(bǔ)充。（胡其峰）

　　■延伸閱讀

　　什么是放射性碘？

　　放射性碘是早期混合裂變產(chǎn)物中的主要成分之一，在核爆炸及反應(yīng)堆事故中，它是早期污染環(huán)境的主要核素。

　　在碘的放射性同位素中，碘-131和碘-125是毒性相對(duì)較大的放射性核素。進(jìn)入血液中的放射性碘，約70%存在于血漿中，30%很快轉(zhuǎn)移到體內(nèi)各組織器官內(nèi)，選擇性地濃集于甲狀腺。所以放射性碘對(duì)人體的危害主要表現(xiàn)為甲狀腺損傷。放射性碘廣泛地應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)診斷。

　　什么是放射性銫？

　　銫共有38個(gè)同位素，除銫-133為穩(wěn)定同位素外，其余均為放射性同位素。放射性銫是核爆料和反應(yīng)堆運(yùn)行產(chǎn)生的主要裂變產(chǎn)物。

　　環(huán)境中銫-137進(jìn)入人體后易被吸收，均勻分布于全身；由于銫-137能釋放γ射線(xiàn)，很容易在體外測(cè)出。進(jìn)入體內(nèi)的放射性銫主要滯留在全身軟組織中，尤其是肌肉中，在骨和脂肪中濃度較低；較大量放射性銫攝入體內(nèi)后可引起急、慢性損傷。銫-137可作為γ輻射源，用于輻射育種、輻照儲(chǔ)存食品等。（本文圖片選自科學(xué)出版社出版的《核與輻射防護(hù)手冊(cè)》）