核能发电是否有可靠的安全保证？

问题描述：核能发电是否有可靠的安全保证？切尔诺贝利核电站和日本福岛核电站的灾难性事故能否避免？核能带给人类巨大的福利与一旦发生泄漏所产生的严重后果之间的这个尖锐矛盾如何抉择与平衡？随着人工智能技术的发展和突破，人类将来会否真的失去对核能的控制？

领域专家：对于核能发电来说，其所需具备的其中一项重要能力就是将放射性废燃料安全地运往几千英里开外的反应堆进行再处理或清理。为了确保将这一过程中的风险降低到最低点，美国桑迪亚国家实验室(SNL)最近完成了一项核能“铁人三项”。

SNL介绍称，为美国提供20%电力的核反应堆产生了近2600吨的放射性废料。如何将它们安全运输以及处理则是一项危险且细微的工作，因为它不仅含有需要严格遵守国际源自能机构(IAEA)相关规定的燃料棒，而且还必须要完全消除公众对其工作的质疑，他们需要采取一切可能的预防措施。

30多年来，这些废料都被储存到重达125吨的Type B桶中，通常情况下约有24吨左右的废料可以以燃料棒的形式储存在里面。为了起到安全左右，这些桶则都是用坚固的钢铁锻造，同时还在钢制舱口使用了特制的加固钉，它们每根可以承受住100吨的力。当装载和密封好之后，即便让一辆重达100吨、速度在100mph（160km/h）的柴油机车撞向其最脆弱的地方也只是留下一些划痕和凹痕。

但现在的问题是这些燃料棒本身非常脆弱。在一个强放射性的临界核反应堆环境中呆了好几年，金属棒的金属包壳变得非常脆弱，如果不想打碎它们就需要在处理的过程中非常小心。同样的问题也会出现在常规的燃料棒运输中，在这种情况下，反复出现的压力使得它们处于极易折断的危险之中。

为了更好地了解这些燃料棒所经受的压力，SNL与来自西班牙、韩国的合作伙伴以及Pacific Northwest和阿贡国家实验室展开合作，它们打造了一个全新的储存桶。不过科研人员并没有在里边放置用过的核燃料，而改用了铅制的绳子和铅制或钼制的小球。在这个全新的储存桶内科研人员安装了加速计、应变仪以此来纪录每一次的颠簸。

虽然这已经不是SNL第一次进行这样的测试，但却是迄今为止最富雄心的一次测试。在这次“铁人三项”测试中，SNL使用了一个来自西班牙的核储存器，其总共完成了1.45万英里的陆地和海洋运载之旅，具体路线如下：

测试项目经理Paul McConnell表示，初步结果显示运送过程中只出现了非常低水平的撞击和振动，他们将拿这个结果跟核能反应堆产生的燃料机械性能进行比较，最终他们要弄明白那些燃料能否经受住旅途中出现的撞击和振动。

领域专家：首先必须明白，核能分为三种：裂变能、聚变能和衰变能。分别利用原子核在裂变、聚变和衰变时释放出来的能量，这些能量都可以用来发电。

目前，得到大规模使用的，是裂变能发电。它使用了裂变核反应堆来大规模释放裂变能，再将其转化为热能，再转化为机械能发电。这个技术已经是非常成熟的，需要努力的方向是提高安全性，并降低成本。

另外一个技术成熟的是“衰变能发电”，所谓的“核电池”是其典型的代表。它的优点是没有安全问题，特别是“核安全问题”。缺点是价格昂贵，比“裂变能发电”还要昂贵。主要原因是放射性同位素的生产费用太高。

至于“聚变能发电”，主要采用的是“热核聚变”技术路线，目前它的“技术原理研究”还没有成功，世界上并没有建成一座“受控热核聚变反应堆”。何时能够突破，现在还不好说。

对于“核能发电”，公众了解的是“裂变能发电”，还主要是因为三次重大的“核反应堆事故”，对世界影响太大了，造成了世界范围内的“反核浪潮”。其根本原因，是在于裂变放能的同时，产生了许多容易扩散的放射性核素，特别是氪、氙等气体放射性同位素，以及碘、铯等“易挥发核素”。这些放射性同位素产生量大，又容易扩散，也无法控制它的产生，所以一旦出现重大事故，带来大面积的放射性污染，对公众的危害很大。

目前希望能够提高裂变核反应堆的安全性，第三代核电技术，已经将第二代核电反应堆的事故概率又降低了一个量级，但仍然不能保证“肯定不会”，“绝对不会”出现“放射性物质大规模泄漏”的情况，因为面对的情况是太复杂了。

正在研究开发的“第四代核电技术”，目的之一，就是希望解决这个问题，希望能够确保“在任何情况下”，都不会出现放射性物质的泄漏。从目前研究的情况看，只有“高温气冷堆”可以达到这个目标，因此中国把它定义为“具有第四代核电技术特征”的核反应堆。但它的能源效率远低于“第三代核电技术”，所以还不能承认“高温气冷堆”是“第四代核电反应堆”。能源效率是它的主要缺陷，但安全方面却能够达到目标。

其它的所谓“第四代核电技术”，包括快堆、熔盐堆等，都不能达到“高温气冷堆”的安全水平，所以目前我国还不承认它们“具有第四代核电技术特征”，只能继续研究。

领域专家：这个问题是我遇到的最“对口”的问题了（理由详见头条号个人信息^_^）！在建的“三门核电站”，那2个混凝土“柱子”是屏蔽厂房（近1米厚的高强度混凝土）

下面我就从在核电行业中的切身体会介绍一下对此问题的理解：

1）核电站安全是最高要求和目标：在经历了前苏联“切尔诺贝利核事故”、美国“三里岛核事故”及日本“福岛核事故”等三次重大核事故后，核电厂的安全性要求已经提到了所有工程技术行业里的最高水平！举一个简单的例子，在目前的核电厂设计中，需要提前对可能发生的事故进行计算分析和试验验证，其中一个典型的“事故”（假设始发事件）是“主冷却剂管道双端剪切断裂事故”（从未发生过），要求核电厂在这种事故下仍能够保证堆芯燃料完整性、不能有大量放射性释放。为防止严重事故的影响，核电厂设计了多重屏障，也就是“纵深防御策略”，具体包括燃料芯块、燃料包壳、压力容器、一回路边界和安全壳，运行中任何一道屏障都必须保持完整。

核燃料“芯块”（上）和各种燃料组件（下），其自身也具有安全功能

2）核电站是技术高度集中代表：核电站被誉为是最为复杂的系统工程，其复杂程度和技术集中程度与载人航天工程不相上下。一座100万千瓦级别的核电站，造价一般在200亿人民币左右，如此大的投资也不是一般的国家可以承受的，因此，建造核电站也是一个国家综合国力的体现。投资如此的大原因一个是需要设计多种安全措施保障核电厂万无一失，另外就是核电站所采用的设备、零部件都要求极高，技术附加值很大，“好货不便宜”也是有道理的！核电站反应堆压力容器（上）和主管道（下），制造难度高、价格昂贵（一般国家造不出来）！

3）现有技术手段已实现核电站极高安全性：目前全世界在役的核电站有接近400座，其中美国最多，有接近100座，其次是法国、俄罗斯等过。现在运行的核电站大部分还是上世纪70.80年代建造的第二代核反应堆，即使如此，如果从发生事故的概率来讲，核电站的安全性可以比拟大型客机（航空运输是安全系数最高的运输手段）。目前新建造的核电站，大多是第三代核电技术（或者“二代加”技术），其安全指标比第二代技术要至少提高一个数量级以上，如其中一个指标“堆芯损伤概率”，需要保证在10^-6级别，即运行100万年允许发生一次堆芯损伤（堆芯损伤并不是说放射性释放到外界，而是说整个反应都是完整的，只是里面的核燃料发生了熔化，放射性仍被包容在反应堆内）！核电站的钢制安全壳（厚度5厘米左右），是核电站的安全边界，其外还有1米厚的混凝土厂房！

4) 核废料的储存及利用：目前世界上运行的核电站，绝大多数都才有经过一定浓缩的U-235燃料，这些燃料基本都是燃料棒的形式。经过一段时间的运行后，U-235的份额会下降，就必须从堆芯卸出，就是所谓的“乏燃料”。这些乏燃料放射性很高，必须严格储存，目前应用最广的方式就是地质储存，通俗的说就是找个人烟罕至的地方把它深埋起来。这些乏燃料并不是“废物”，在一定的技术条件下是可以继续释放能量的，如目前正在发展的“快中子增值反应堆”，就可以拿乏燃料作为燃料，同时还能把乏燃料中的U-238转变为钚-239等易裂变元素，从而实现核燃料的增值（通俗的例子：那2块煤和2块石头烧，烧完最后还得到2块煤，神奇么？）美国用来存放乏燃料的存储设施，核废料储存在数百米深的地下或者山洞中！

上面所说的只是利用裂变反应的核电技术，这一技术在今后一段时间仍是我们利用核能的唯一方式。对于核电站，绝对的安全是很难实现的（任何行业也无法保证绝对的安全），但我们现在的技术手段可以保证核电站安全性在一个极高的、可接受的范围内！

随着技术的发展，也许在不久的将来，人类可以掌握“可控核聚变”技术（也就是“人造太阳”），届时，我们利用核能也不必担心核辐射的影响（聚变的放射性极小），同时，聚变的单位功率密度要比裂变高出几个数量级，我们人类的发展将不会再出现能源危机。目前用于研究的核聚变装置之一，也叫“超导托卡马克”装置

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