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揭秘新型核電站:更安全可靠

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 13:48:43 來源:科技新時代

   日本福島的核事故之後,人們對於核電站產生空前的恐慌,其安全性遭到了普遍質疑。但是麵對迄今為止效率最高、零排放能源的誘惑,我們該何去何從?不過慶幸的是,現在的兩種新型核電站設計能在很大程度上打消人們的疑慮。

  AP1000反應堆 核電站模型

  在今年3月日本福島的核災難發生後,世界對核電站的熱情降到了最低點—甚至低於切爾諾貝利核事故發生後的那段時期。德國、瑞士、yidalidengguojiajianghedianzhanxiangmucheditingzhi,baokuowoguozaineideqitaguojiayeduiyiyouhedianzhanjinxinglequanmiananquanjianzha。raner,meiyourenheyizhongkezaishengnengyuandexiaolvnengyuhedianzhanxiangbi。yizuozhandiyipingfangqianmidehedianzhansuonengchanshengdenengliang,xiangdangyuyizuozhandi20平方千米的太陽能發電站,或者是1200台(tai)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)機(ji)。如(ru)果(guo)一(yi)個(ge)國(guo)家(jia)想(xiang)要(yao)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)對(dui)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)的(de)依(yi)賴(lai),就(jiu)需(xu)要(yao)建(jian)造(zao)更(geng)多(duo)的(de)核(he)電(dian)站(zhan)。但(dan)問(wen)題(ti)的(de)關(guan)鍵(jian)是(shi),如(ru)何(he)保(bao)證(zheng)核(he)電(dian)站(zhan)的(de)安(an)全(quan)性(xing)?

  從我國的第一座核電站—秦山核電站於1985年開工建設到今天的近30年間裏,工程師們已經多次大幅提高核電站的安全性,最新型的3代半核電站已經問世。(第一代核電站是指早期的原型產品;第二代核電站指上世紀60年代初至90年代末建造的核電站,福島核電站就屬於這一代產品;第三代核電站是指從上世紀90年代末之後開始投入使用的核電站,主要位於日本、法國和俄羅斯。)與之前的設計不同,絕大多數3代半核電站都有被動安全元素層,能在電力中斷的情況下防止反應堆熔解。第一座3代半核電站的建設目前正在歐洲進行中,我國目前在建和計劃建設的核電站也都屬於3代半核電站。在美國,南方公司近期也開始在佐治亞州的奧古斯塔建設第一座3代半核電站—沃格特勒核電站,兩座反應堆中的首座將於2016年投入使用。

  與計劃中的約20座其他核電站一樣,沃格特勒核電站也將采用西屋公司的AP1000反應堆。作為一種輕水反應堆,AP1000利用鈾235發生鏈式反應產生高能中子。高能中子將水加熱為蒸汽,進而推動渦輪機發電。

  核電站最大的危險是反應堆熔解—反應堆核心過熱、熔化,外殼破裂,最終導致放射性物質泄漏。與絕大多數反應堆一樣,AP1000也需要依靠電力驅動冷卻水和風扇來降溫,但是它還帶有被動安全係統,在電力失效的情況下能利用重力、凝結和蒸發這樣的自然力量來對反應堆進行冷卻。

  被動安全係統的核心是一個直接置於密封外殼上方的容量為3000立li方fang米mi的de水shui箱xiang,水shui箱xiang的de閥fa門men需xu要yao電dian力li才cai能neng保bao持chi關guan閉bi狀zhuang態tai。這zhe樣yang一yi旦dan反fan應ying堆dui的de電dian力li供gong應ying失shi效xiao,閥fa門men就jiu會hui打da開kai,水shui箱xiang中zhong的de水shui就jiu會hui在zai流liu出chu來lai澆jiao到dao密mi封feng外wai殼ke上shang。通tong風feng孔kong也ye會hui被bei動dong地di從cong外wai界jie將jiang冷leng空kong氣qi吸xi入ru並bing使shi其qi流liu過guo核he心xin結jie構gou,進jin一yi步bu進jin行xing冷leng卻que。

  ruguoshitaijinyibuehua,jishurenyuannengshoudongjiangmifengketineidelingyigeshuixiangdakai,jiangfanyingduihexinyanmei。zhengfadeshuihuizaiketidingbulengningbingjiangluo,duihexinzhongfujinxinglengque。jintianjuedaduoshuhedianzhandebeiyongdianyuanzaidianwanggongdianzhongduanhoudouzhinengjianchi4~8個小時,而 AP1000 在電力失效、沒有人工幹預的情況下也至少能安全地運行3天。

  雖然安全性有了極大提高,但在理論上3代半核電站仍然可能熔解,核工業界的一些專家目前在著手設計更新、更安全的第四代核電站。以釷為燃料的熔鹽反應堆(MSR)就是第四代反應堆中的一種,它用液態釷取代了今天的核電站中使用的固態鈾,這個改變徹底杜絕了熔解的問題。

  熔鹽反應堆的概念於上世紀60年代在位於美國田納西州的橡樹嶺國家實驗室被提出和建造,並於1965~1969年間運行了2.2萬個小時。“它不是隻存在於理論中的反應堆,也不是試驗性質的。”非營利釷能源聯盟的負責人、工程師馬克?庫奇說,“它們是真實存在的,而且能夠運行。”在目前所有的第四代反應堆設計中,MSR是惟一一種在電腦模型之外經過了實際檢驗的。“盡管當時建成的並非完整的係統,但它確實證明了MSR是一種能夠成功運行的設計。”橡樹嶺國家實驗室核技術項目辦公室的資深項目主管傑西?吉辛說。

  在安全方麵,MSR的設計有兩個主要優勢:tadeyetairanliaochucundeyaliyaobiqingshuifanyingduizhonggutairanliaodeyalidideduo,congerjidajianshaolexiangfudaohedianzhanfashengdenazhongqingqibaozhadekenengxing。qici,yidanfashengdianligongyingzhongduan,fanyingduineidegutaiyanjiuhuirongjie,yetairanliaoliuruchucunchibingguhua,jiangliebianfanyingzhongzhi。“即使無人照管,熔鹽反應堆也是安全的。”庫奇說,“即使被廢棄、沒有電力供應,小行星撞擊地球這樣的世界末日來臨,它也會自行冷卻並固化。”

  盡jin管guan熔rong鹽yan反fan應ying堆dui也ye能neng以yi鈾you或huo鈈bu為wei燃ran料liao,但dan是shi使shi用yong低di放fang射she性xing的de元yuan素su釷tu為wei燃ran料liao,並bing以yi少shao量liang鈾you或huo者zhe鈈bu作zuo為wei催cui化hua劑ji會hui兼jian具ju經jing濟ji性xing和he安an全quan性xing。釷tu的de儲chu量liang是shi鈾you的de4倍,而且更易於開采—部分原因在於它的放射性更低。此外,釷的效率也要比鈾高得多。“在傳統反應堆中,隻有3%~50%的鈾被利用。”庫奇說,“而在熔鹽反應堆中,99%的釷都被利用。”結果就是,1千克釷產生的能量相當於135千克鈾,或者是160萬千克煤炭。

  youyuranliaoliyongdegaoxiaolv,yituweiranliaoderongyanhedianzhanchanshengdehefeiliaoyebijintiandehedianzhanshaodeduo。youjihefeiliaozaichengqianshangwannianneiyiranshiweixiande,ertufeiliaodeweixianqizhiyoujibainian。ciwaihaiyouyigehaochushi,tunanyibeizhizuochenghewuqi。“即使一個國家儲存了1000千克釷,也沒有什麼可擔心的。”庫奇說。

  由於不需要大型冷卻塔,熔鹽反應堆無論占地麵積還是發電能力都要比傳統輕水反應堆小。今天的核電站平均發電能力為1000兆瓦,而以釷為燃料的熔鹽反應堆的發電能力隻有約50兆瓦。更小型、數量更多的核電站能減少電力在傳輸過程中的損耗(在今天的電網中,傳輸造成的損耗高達30%)。美(mei)軍(jun)對(dui)於(yu)用(yong)熔(rong)鹽(yan)反(fan)應(ying)堆(dui)為(wei)軍(jun)事(shi)基(ji)地(di)供(gong)電(dian)表(biao)示(shi)了(le)濃(nong)厚(hou)興(xing)趣(qu),而(er)需(xu)要(yao)穩(wen)定(ding)電(dian)力(li)保(bao)證(zheng)其(qi)服(fu)務(wu)器(qi)運(yun)行(xing)的(de)穀(gu)歌(ge)公(gong)司(si)也(ye)在(zai)去(qu)年(nian)主(zhu)持(chi)召(zhao)開(kai)了(le)一(yi)個(ge)以(yi)釷(tu)為(wei)主(zhu)題(ti)的(de)會(hui)議(yi)。“他們希望能在數據中心附近建設容量為70兆瓦~80兆瓦的熔鹽反應堆。”庫奇說道。

  但是即使有軍方和大企業的支持,向新型核電站的過渡也將是非常緩慢的。但是在我國,這個速度可能會快很多。今年1月,我國已經啟動了一個以釷為燃料的熔鹽反應堆項目。“中科院已經證實將在近期—也許不到10年—部署熔鹽反應堆。”吉辛說。這個項目的啟動也許將在世界範圍內起到示範作用。

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