國內核新聞
一直以來，很多人都認為核能是最安全同時最可靠的能源。但是，近日日本福島第一核電站機組發生爆炸、導致放射性物質泄漏的事件讓人對此產生了懷疑。
神秘的核能究竟是怎么回事？核電安全嗎？核輻射危害有多大？……
與常規能源相比，核能具有不可比擬的三大優勢。
首先，核能的能量密度非常大，消耗少量的核燃料就可以產生非常巨大的能量。一座電功率為100萬千瓦的燃煤電廠每年要燒掉約300萬噸煤，而同樣功率的核電站每年只需要30噸核燃料，相差10萬倍。在節省大量的煤炭、石油資源的同時，核電的利用開發還極大地減輕了交通運輸的壓力。
其次，核能是非常清潔的能源。它不向大氣排放SO2、NOX和煙塵，也不排放溫室氣體。由于有“多道屏障，縱深防御”的理念，在核電站正常運行時，它的放射性物質向環境的排放也可忽略不計，例如，2009年美國的核發電量是中國大陸的11倍多，而據美國國家輻射防護和測量委員會報告，美國人年輻射劑量的小于千分之一來自于核電源（另51%來自于醫療，37%于巖石、土壤及氡，各5%于宇宙射線和人體自身，2%于生活消費品），來自于核電的年輻射劑量是煤的1/100、國際航班的1/200、或者等同于每年吃一個香蕉。
核能的第三個優點是具有較高的經濟性。在核能發電的成本中，燃料費所占用的比例（大約25%）遠遠小于煤電高達60%的燃料費比例，這也使得核能發電在日益增長的國際資源價格背景下，能夠控制較低的運行成本，為民眾提供廉價的電能。
與核裂變能相關的還有核反應堆的“剩余發熱”問題——這也是造成最近日本福島第一核電站發生事故的主要原因之一。當反應堆在自動或者操作員控制下停止工作時，反應堆并沒有完全停止下來，就像百米賽跑一樣，選手跑到終點之后需要有一個緩沖，只是反應堆的這個“緩沖”需要更長的時間。在反應堆中，當裂變反應停止時，由于還存在著大量的放射性裂變產物，這些裂變產物在進行衰變時會放出衰變熱（雖然裂變釋能已經停止），其總的熱量規模可以達到反應堆滿功率運行時的3%左右。
為了防止“剩余發熱”的危害，反應堆做了很多可靠的設計，利用冷卻水系統源源不斷地給反應堆“降溫”。而為了保證冷卻水系統設備的正常供電，除在正常供應核電廠的外部交流電之外，還有多臺后備柴油發電機以及蓄電池，可以保證在喪失外電的情況下，保證冷卻水的供應。
現有反應堆設計所采用的“多道屏障”原則是指，以中國目前最主要的壓水堆核電廠為例（日本福島沸水堆也類似），第一層為燃料元件包殼，目的是為了防止裂變產物進入冷卻劑系統。第二層屏蔽是將反應堆冷卻劑系統全部包容在內的一回路壓力邊界，將帶有放射性的冷卻水等密封起來。第三層為厚鋼筋混凝土結構的安全殼，將反應堆、冷卻劑系統的主要設備等包容在內。當嚴重事故發生時，第三層屏障也能阻止可能從一回路系統外逸的裂變產物泄漏到外部環境中去，同時也保證了重要的設備不受像飛機墜落等外來破壞對設備的影響。
與此同時，核電廠在設計之初，也會考慮可能發生的自然災害，比如說地震、臺風、潮汐、海嘯等。以預防地震為例，在設計時，核電廠主體結構要坐落在一塊沉積巖上，同時要考慮此地最大可能發生的地震規模再加上富余量。但像這次日本發生的地震規模大大超過預期，9.0級的規模超過早期福島電站7.9級的抗震規模42倍（地震一級相差30倍）。
日本此次事故發生后，很多人都聯想到了前蘇聯切爾諾貝利事故。事實上，這兩者有著本質的區別。切爾諾貝利事故是由于運行人員違章操作再加上石墨沸水堆型本身的設計缺陷造成的。反應堆瞬發臨界，導致功率劇增，處于完全失控狀態。而日本的反應堆在一開始的時候就把“控制棒”插入堆芯停止了鏈式裂變反應，只是還存在著較大的衰變熱量。另外，切爾諾貝利事故發生的另一個重要原因是沒有加裝安全殼，所以當壓力容器損毀時，核物質全部釋放于外部環境，引發了災難性的后果。而從此之后，所有的反應堆，包括日本的這座，都加裝了安全殼，使再發生這種破壞性事故的概率降到了極小。
當需要對輻射進行防護的時候，有三個重要的原則，就是時間、距離和屏蔽。前兩個顯而易見，接受輻射的時間越短，離輻射的距離越遠，接受的劑量就越少。當你在醫院接受X光檢查時，醫生會要求你把一些鉛袋放在身體的一些重要的部位，這就是應用了屏蔽的原則。安全殼厚實的鋼筋混凝土結構也有效地達到了屏蔽的作用。
這次日本事故中釋放的輻射有多強呢？據日本東京電力公司的報告，12日探測到的最高放射性劑量為1015微希每小時。這是怎樣的一個輻射劑量呢？如果你一年什么事情也不干在家干坐著，你接受了天然本底的2.4毫希的劑量，也就相當于你站在最高峰時核電站門口整整兩個多小時。如果你真的不幸地在發生核事故的反應堆前呆了一個小時，好吧，如果你想你的壽命不至于受到影響，那么請你少做一次X光胸透檢查，或者少抽幾根香煙。
當然，在一號機組之后，二號機組的放射性要比一號機組高出許多，那么對于中國來講，會有什么影響呢？做一個最壞的估計，以15日東京探測到的0.1至0.8微希（這樣的劑量大致和天然本底輻射相當，不會對東京市民造成危害）計算，事故距東京的距離為200公里，距中國的距離保守以1000公里計算（韓國首都首爾距福島的距離就有1000公里），我們接受的劑量為5萬分之一毫希左右，占時間平均后的天然本底的5%左右。這個劑量相當于今天大氣層薄了一些，多入射了5%的宇宙射線，或者相當于你在飛機上喝小一杯果汁時間內接受到的高空宇宙射線劑量。當然，考慮到風向和核素本身的衰變，結果還不會有如上保守估計的數值之多。
與日本福島發生事故的70年代興建的早期沸水堆核電站不同，中國目前規劃中的反應堆類型以安全性更好的三代壓水堆為主。其中特別值得關注的是規劃實行中的AP1000核電項目，引進了美國西屋公司“非能動”設計原則，即采用自然界固有存在的規律，例如物質的重力、慣性以及流體的自然對流、擴散、蒸發、冷凝等原理，而不需要采用泵、交流電源、應急柴油機等外界動力驅動即可以在像日本這次事故中喪失所有電能供給的情況下，保障反應堆安全冷卻停堆。目前，全世界，包括中國在內，有很多專家學者潛心致力于研究更加安全、更加經濟、更加高效的核能系統，以應付人類日益增長的能源需求。
（作者：清華大學工程物理系 朱昂 指導老師：清華大學工程物理系核能科學與工程管理研究所所長 王侃教授）
神秘的核能究竟是怎么回事？核電安全嗎？核輻射危害有多大？……
與常規能源相比，核能具有不可比擬的三大優勢。
首先，核能的能量密度非常大，消耗少量的核燃料就可以產生非常巨大的能量。一座電功率為100萬千瓦的燃煤電廠每年要燒掉約300萬噸煤，而同樣功率的核電站每年只需要30噸核燃料，相差10萬倍。在節省大量的煤炭、石油資源的同時，核電的利用開發還極大地減輕了交通運輸的壓力。
其次，核能是非常清潔的能源。它不向大氣排放SO2、NOX和煙塵，也不排放溫室氣體。由于有“多道屏障，縱深防御”的理念，在核電站正常運行時，它的放射性物質向環境的排放也可忽略不計，例如，2009年美國的核發電量是中國大陸的11倍多，而據美國國家輻射防護和測量委員會報告，美國人年輻射劑量的小于千分之一來自于核電源（另51%來自于醫療，37%于巖石、土壤及氡，各5%于宇宙射線和人體自身，2%于生活消費品），來自于核電的年輻射劑量是煤的1/100、國際航班的1/200、或者等同于每年吃一個香蕉。
核能的第三個優點是具有較高的經濟性。在核能發電的成本中，燃料費所占用的比例（大約25%）遠遠小于煤電高達60%的燃料費比例，這也使得核能發電在日益增長的國際資源價格背景下，能夠控制較低的運行成本，為民眾提供廉價的電能。
與核裂變能相關的還有核反應堆的“剩余發熱”問題——這也是造成最近日本福島第一核電站發生事故的主要原因之一。當反應堆在自動或者操作員控制下停止工作時，反應堆并沒有完全停止下來，就像百米賽跑一樣，選手跑到終點之后需要有一個緩沖，只是反應堆的這個“緩沖”需要更長的時間。在反應堆中，當裂變反應停止時，由于還存在著大量的放射性裂變產物，這些裂變產物在進行衰變時會放出衰變熱（雖然裂變釋能已經停止），其總的熱量規模可以達到反應堆滿功率運行時的3%左右。
為了防止“剩余發熱”的危害，反應堆做了很多可靠的設計，利用冷卻水系統源源不斷地給反應堆“降溫”。而為了保證冷卻水系統設備的正常供電，除在正常供應核電廠的外部交流電之外，還有多臺后備柴油發電機以及蓄電池，可以保證在喪失外電的情況下，保證冷卻水的供應。
現有反應堆設計所采用的“多道屏障”原則是指，以中國目前最主要的壓水堆核電廠為例（日本福島沸水堆也類似），第一層為燃料元件包殼，目的是為了防止裂變產物進入冷卻劑系統。第二層屏蔽是將反應堆冷卻劑系統全部包容在內的一回路壓力邊界，將帶有放射性的冷卻水等密封起來。第三層為厚鋼筋混凝土結構的安全殼，將反應堆、冷卻劑系統的主要設備等包容在內。當嚴重事故發生時，第三層屏障也能阻止可能從一回路系統外逸的裂變產物泄漏到外部環境中去，同時也保證了重要的設備不受像飛機墜落等外來破壞對設備的影響。
與此同時，核電廠在設計之初，也會考慮可能發生的自然災害，比如說地震、臺風、潮汐、海嘯等。以預防地震為例，在設計時，核電廠主體結構要坐落在一塊沉積巖上，同時要考慮此地最大可能發生的地震規模再加上富余量。但像這次日本發生的地震規模大大超過預期，9.0級的規模超過早期福島電站7.9級的抗震規模42倍（地震一級相差30倍）。
日本此次事故發生后，很多人都聯想到了前蘇聯切爾諾貝利事故。事實上，這兩者有著本質的區別。切爾諾貝利事故是由于運行人員違章操作再加上石墨沸水堆型本身的設計缺陷造成的。反應堆瞬發臨界，導致功率劇增，處于完全失控狀態。而日本的反應堆在一開始的時候就把“控制棒”插入堆芯停止了鏈式裂變反應，只是還存在著較大的衰變熱量。另外，切爾諾貝利事故發生的另一個重要原因是沒有加裝安全殼，所以當壓力容器損毀時，核物質全部釋放于外部環境，引發了災難性的后果。而從此之后，所有的反應堆，包括日本的這座，都加裝了安全殼，使再發生這種破壞性事故的概率降到了極小。
當需要對輻射進行防護的時候，有三個重要的原則，就是時間、距離和屏蔽。前兩個顯而易見，接受輻射的時間越短，離輻射的距離越遠，接受的劑量就越少。當你在醫院接受X光檢查時，醫生會要求你把一些鉛袋放在身體的一些重要的部位，這就是應用了屏蔽的原則。安全殼厚實的鋼筋混凝土結構也有效地達到了屏蔽的作用。
這次日本事故中釋放的輻射有多強呢？據日本東京電力公司的報告，12日探測到的最高放射性劑量為1015微希每小時。這是怎樣的一個輻射劑量呢？如果你一年什么事情也不干在家干坐著，你接受了天然本底的2.4毫希的劑量，也就相當于你站在最高峰時核電站門口整整兩個多小時。如果你真的不幸地在發生核事故的反應堆前呆了一個小時，好吧，如果你想你的壽命不至于受到影響，那么請你少做一次X光胸透檢查，或者少抽幾根香煙。
當然，在一號機組之后，二號機組的放射性要比一號機組高出許多，那么對于中國來講，會有什么影響呢？做一個最壞的估計，以15日東京探測到的0.1至0.8微希（這樣的劑量大致和天然本底輻射相當，不會對東京市民造成危害）計算，事故距東京的距離為200公里，距中國的距離保守以1000公里計算（韓國首都首爾距福島的距離就有1000公里），我們接受的劑量為5萬分之一毫希左右，占時間平均后的天然本底的5%左右。這個劑量相當于今天大氣層薄了一些，多入射了5%的宇宙射線，或者相當于你在飛機上喝小一杯果汁時間內接受到的高空宇宙射線劑量。當然，考慮到風向和核素本身的衰變，結果還不會有如上保守估計的數值之多。
與日本福島發生事故的70年代興建的早期沸水堆核電站不同，中國目前規劃中的反應堆類型以安全性更好的三代壓水堆為主。其中特別值得關注的是規劃實行中的AP1000核電項目，引進了美國西屋公司“非能動”設計原則，即采用自然界固有存在的規律，例如物質的重力、慣性以及流體的自然對流、擴散、蒸發、冷凝等原理，而不需要采用泵、交流電源、應急柴油機等外界動力驅動即可以在像日本這次事故中喪失所有電能供給的情況下，保障反應堆安全冷卻停堆。目前，全世界，包括中國在內，有很多專家學者潛心致力于研究更加安全、更加經濟、更加高效的核能系統，以應付人類日益增長的能源需求。
（作者：清華大學工程物理系 朱昂 指導老師：清華大學工程物理系核能科學與工程管理研究所所長 王侃教授）
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