清華大學(xué)劉學(xué)剛--關(guān)于“核電將毀滅中國(guó)”
作者:核電縱橫  2015-12-15 22:24:12
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    第一次看到這個(gè)文章,是來(lái)自于一位金融投資圈內(nèi)工作的朋友推薦。他說(shuō)讓我談?wù)効捶,所以有了以下的?nèi)容。“核電將毀滅中國(guó)”,以下簡(jiǎn)稱“原文”。我不想去探討作者的目的,因?yàn)楫?dāng)你用陰謀論去揭批另一種陰謀論時(shí),本身就已經(jīng)落了下乘。我只是一個(gè)核能、核廢物領(lǐng)域的研究學(xué)者,我覺(jué)得有必要在這個(gè)我熟悉的領(lǐng)域,用我的專業(yè)知識(shí)來(lái)對(duì)原文做些粗淺的分析、順便說(shuō)說(shuō)體會(huì)。但我盡量避免用專業(yè)詞匯,因?yàn)槲蚁M牡淖x者也都可以讀懂本文(因此會(huì)有概念、數(shù)據(jù)和表述的不嚴(yán)謹(jǐn)之處,請(qǐng)同行見(jiàn)諒)。
 
    首先,我覺(jué)得原文的選題很好,題目是核電,其實(shí)是用“核廢物”作為選題內(nèi)容。作為一個(gè)反核為中心思想的文章,選擇核廢物為題,真是切中了核電要害。目前,核電所受的攻擊一般針對(duì)三處:安全性、經(jīng)濟(jì)性,以及核廢物。諸如核電站爆炸、核電污染周圍環(huán)境等等,主要針對(duì)核電的安全性;說(shuō)核電設(shè)備復(fù)雜、退役昂貴等等,主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)性。但以我的所知,這種攻擊大多留于膚淺。要證明核電的安全性、經(jīng)濟(jì)性太簡(jiǎn)單的,只是由于這不是我要說(shuō)的重點(diǎn),所以此處省略若干字。唯獨(dú)核電廢物問(wèn)題,確實(shí)是不可回避的問(wèn)題,反核的人士只有選擇這個(gè)話題,才能真的讓專家們皺一下眉頭。為什么呢?第一,因?yàn)楹藦U物問(wèn)題復(fù)雜;第二,核廢物問(wèn)題沒(méi)有徹底解決;第三,熟悉核廢物問(wèn)題的專家不多!裕艺f(shuō)這個(gè)文章選題好。既有利于原文揭批核電的“陰謀”,也可以讓大家關(guān)注核廢物,最終讓公眾在越辯越明的過(guò)程中充分的認(rèn)識(shí)事實(shí)、逐步去接近真象。
 
    核廢物最顯著的特點(diǎn)是它的放射性。放射性來(lái)自于廢物中含有的一些成分,這些成分就是那些具有放射性的原子(或原子核)。由于這些原子的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,會(huì)隨著時(shí)間自發(fā)衰變,衰變過(guò)程放出放射性,也放出一些熱量。也請(qǐng)注意:這些放射性的原子會(huì)隨著衰變而逐步變少,衰變?cè)娇,減少的也越快。原子或原子核的衰變是它自身規(guī)律決定的,與外界的溫度、壓力等無(wú)關(guān)、也和原子自身所在的分子形態(tài)、所處的物理、化學(xué)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。所以說(shuō),特定原子核的衰變(基本)是無(wú)法改變的。——這也是原文作者提到的放射性遺留幾十萬(wàn)年、放射性放熱的科學(xué)依據(jù),從這點(diǎn)上講,原文作者說(shuō)的沒(méi)有大錯(cuò)。
 
    那么,要減少?gòu)U物的放射性,基本就只有兩個(gè)方法。第一是消耗時(shí)間,讓核廢物里面放射性原子核自己衰變。所有放射性原子都有個(gè)重要的物理量:半衰期,可能是幾秒、也可能是幾十萬(wàn)年。對(duì)特定一堆同種放射性原子而言,每過(guò)一個(gè)半衰期,放射性就減少一半、它的放熱也就減少一半。原文作者說(shuō)的放射性遺留幾十萬(wàn)年,是針對(duì)特定的那些長(zhǎng)半衰期(長(zhǎng)壽命)放射性原子來(lái)說(shuō)的,絕不可以把遺留幾十萬(wàn)年套用到所有放射性原子身上!@點(diǎn),原文作者是沒(méi)有告訴讀者的。
 
    有趣的是,放射性的強(qiáng)弱(活度A)也是和原子核的半衰期(T1/2)密切相關(guān)的。具體來(lái)說(shuō)就是A=N*(ln2/T1/2),其中的N是指放射性原子/原子核的數(shù)量。這說(shuō)明什么呢?放射性強(qiáng)的壽命短、放射性“衰減”快;壽命長(zhǎng)的放射性弱、放射性禍害沒(méi)有那么大!@一點(diǎn),作者也沒(méi)有告訴大家,籠統(tǒng)的把放射性強(qiáng)和延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)混為一談,這就不對(duì)了。舉個(gè)栗子,剛剛從核電站卸出的燃料(乏燃料)的放射性很強(qiáng)。放射性的主要貢獻(xiàn)來(lái)自于短半衰期的原子,他們的衰減非?臁MV购朔磻(yīng)1天,放射性減少到不足1/10,;3天再減少到1/10;1年再減少10倍;10年再減少10倍……當(dāng)然以后的減少會(huì)越來(lái)越慢,因?yàn)榉派湫詮?qiáng)的衰變快,早期都死光了,后面的壽命長(zhǎng),衰減就慢了。
 
    那么放射性半衰期長(zhǎng)的那些原子怎么處理呢?——我們先看看它們有多少,從質(zhì)量上去估算,大約相當(dāng)于乏燃料重量的1/100。這1/100主要是钚(Pu,它自己就大約1/100)和其它一些長(zhǎng)壽命放射性原子(其它這些加起來(lái)大約1/1000)。這1/100是不包括乏燃料中鈾的,因?yàn)殁櫍ń^大部分)本來(lái)就是地球上存在的,都是咱們從地表土壤、巖石中提取出來(lái)利用的。那么乏燃料有多少呢?每個(gè)百萬(wàn)千瓦機(jī)組每年大約20-25噸。這個(gè)數(shù)字太抽象,借用美國(guó)人的一個(gè)形象比喻“美國(guó)利用核電至今所有產(chǎn)生的乏燃料如果首尾相接、并排放置的密集擺放,用一個(gè)美式足球場(chǎng)地堆積6.4m高就足夠了”。而美國(guó)有104個(gè)反應(yīng)堆,平均每個(gè)堆大約運(yùn)行了三十多年了。即使我國(guó)現(xiàn)在在建和運(yùn)行的50個(gè)左右機(jī)組都馬上開(kāi)足了運(yùn)行,要積累美國(guó)這么多的乏燃料,也要到2060年以后了。這也是核電的一個(gè)優(yōu)勢(shì)所在,廢物量非常的少。乏燃料總量少,其中只有1/100是長(zhǎng)壽命廢物,還主要是钚。如果把乏燃料中1/100的钚回收利用(這就是乏燃料后處理。。蛔鳛楹藦U物處置,那么長(zhǎng)壽命放射性廢物的總量大約相當(dāng)于乏燃料的1/1000。你說(shuō),所謂要管理20萬(wàn)年的放射性物質(zhì)有多少?當(dāng)然,實(shí)際上不會(huì)有這么少,因?yàn)橐耆蛛x的技術(shù)難度和成本都很高。對(duì)長(zhǎng)壽命的放射性原子核的處理就要用到第二種減少放射性的辦法,就是所謂的“嬗變”。簡(jiǎn)單說(shuō)就是用中子去打那些放射性原子核,人工誘導(dǎo)它變成短半衰期或者穩(wěn)定的原子核,讓它更快衰變甚至即刻達(dá)到無(wú)放射性。我的心目中,這個(gè)方法是解決核廢物問(wèn)題的“終極之道”,其價(jià)值不亞于核聚變。不過(guò),目前同樣處于研究階段,也期待大家多多關(guān)注!
 
    接下來(lái),自然就談到了原文中一個(gè)重要的問(wèn)題“用壽命100年的混凝土,能保證核廢物20萬(wàn)年存放的安全嗎?”——這個(gè)問(wèn)題的信息量太大了!容我理清思路:
    第一,正面回答這個(gè)問(wèn)題,答案是No!誰(shuí)說(shuō)Yes誰(shuí)在胡說(shuō)八道。
    第二,原文作者給大家看了個(gè)混凝土建筑,說(shuō)那是存放核廢物的場(chǎng)所?墒欠派湫詮U物只是被一些混凝土包裹著嗎?賣月餅的都知道要包裝7、8層,處理核廢物的人當(dāng)然清楚怎么才能把放射性廢物與人類和環(huán)境最大限度的隔離。業(yè)內(nèi)有個(gè)“縱深防御”的設(shè)計(jì)思想,就是哪怕有一層(比如混凝土建筑物)防御失效時(shí),后面還會(huì)有一長(zhǎng)串防御措施等著生效呢。比如處置設(shè)施里面會(huì)有巖石、粘土,還有回填材料,還有十幾、幾十厘米厚的抗腐蝕金屬容器,還有廢物裝載容器,還有廢物自己的包殼或特殊形態(tài)(玻璃體)保護(hù)等等!慰康暮!幾乎是目前能想到的最穩(wěn)妥可靠的方法。多說(shuō)幾句,科學(xué)家們?nèi)匀辉诓粩喔倪M(jìn)核廢物的處置方法。但我覺(jué)得,他們最大的難題不是讓處置方案更加穩(wěn)妥可靠,而是如何去證明它們不會(huì)出問(wèn)題。證實(shí)容易,證偽難,我們嘲笑杞人憂天,但是你能證明“天不會(huì)塌下來(lái)”嗎?

Courtesy to Carl Stoiber
 
    第三,即使是混凝土建筑物,就真的像原文作者想象的那么不堪嗎?也不盡然。埃及的金字塔,矗立在那里有三、四千年了,建筑物依然保持完整(埃及近代并沒(méi)有仿制品出現(xiàn))。我覺(jué)得,4000年前的科技造出來(lái)的建筑能存在4000年。咱們是不是該有點(diǎn)信心,現(xiàn)在的科技所建造的建筑也能存在4000年——當(dāng)然,溫濕度、氣候和人類活動(dòng)影響必須考慮,這就是選址問(wèn)題,也是核能領(lǐng)域已經(jīng)高度重視的問(wèn)題。還要考慮工程質(zhì)量的問(wèn)題,這個(gè)并不在今天的討論之內(nèi)。

    第四,廢物的管理難度很大程度上取決于它的體積。之前說(shuō)了,如果核廢物管理方面能夠落實(shí)“廢物最小化”原則,真正的需要長(zhǎng)期與人類、環(huán)境隔離的廢物量(含有長(zhǎng)半衰期的放射性原子的廢物)是可以非常少的。這方面的工作,現(xiàn)在有好多科學(xué)家和技術(shù)人員在做,比如乏燃料后處理就可以把乏燃料中95%左右質(zhì)量的成分提取出來(lái)再利用,比如對(duì)長(zhǎng)壽命放射性原子的分離,又可以把長(zhǎng)壽命廢物總量從5%進(jìn)一步減少到0.1%左右。即使不考慮把這些長(zhǎng)壽命放射性原子嬗變掉,需要長(zhǎng)期管理的放射性廢物也已經(jīng)大大減少。如此小規(guī)模的放射性廢物,咱們簡(jiǎn)單的不負(fù)責(zé)任的說(shuō),就把它們廢物集中起來(lái),包個(gè)瓷實(shí),找個(gè)偏遠(yuǎn)無(wú)人地區(qū),參照希特勒地下堡壘標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),派軍隊(duì)把守起來(lái)就妥妥的了。
 
    接下來(lái),再談?wù)剰U物儲(chǔ)存過(guò)程的放熱問(wèn)題。前面說(shuō)過(guò),這也是原子衰變過(guò)程必然出現(xiàn)的問(wèn)題,不可避免。但廢物含有的放射性原子數(shù)量是隨著衰變?cè)跍p少的,所以放熱也是隨著時(shí)間推移在減少的。所以放射性廢物的處置,并不是簡(jiǎn)單的深埋地下就可以的(當(dāng)然這不是為了預(yù)防作者所說(shuō)的氫氣爆炸,水分解成氫氣要1000多度,這個(gè)溫度前早就作為氣體揮發(fā)走了),而是有非常科學(xué)、系統(tǒng)的管理方法。恰巧,我今年寫了一篇關(guān)于地質(zhì)處置廢物特性研究的文章,其中談到了美國(guó)的尤卡山廢物處置。他們要在乏燃料卸料后存放50年以上,才會(huì)放到處置庫(kù)里面去。而且處置庫(kù)是進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)的,從放入廢物開(kāi)始通風(fēng),到廢物庫(kù)裝滿以后還要再通風(fēng)50年。那以后乏燃料自己放出的熱量就小了很多,足夠保障安全了。當(dāng)然各個(gè)國(guó)家的廢物最終處置方案不同,美國(guó)尤卡山只是一個(gè)方案,我舉這個(gè)例子也只是為了說(shuō)明,放射性廢物處置過(guò)程的放熱已經(jīng)被充分考慮到,并且會(huì)控制在安全范圍之內(nèi)。對(duì)了,大家還記得小時(shí)候?qū)W到的地球的結(jié)構(gòu)嗎?據(jù)說(shuō)(我其實(shí)一直懷疑)地球中心有一片熱得不得了的區(qū)域(地核),那地方每時(shí)每刻都進(jìn)行著劇烈的核反應(yīng),有幾千度的高溫。但地球并沒(méi)有被崩飛,而且地球表面生活的人類還在上網(wǎng),并愉快的討論著核廢物問(wèn)題……

    再說(shuō)說(shuō)歷史上的幾次著名的核事故,三哩島、切爾諾貝利和福島事故。
 
    很多人都認(rèn)為它們是說(shuō)明核電不安全的三個(gè)典型實(shí)例,我同意。這三次核事故在不同的時(shí)間、空間上向我們揭示了核能不安全的一面。但是,這三次事故究竟反映了核能是多么的不安全呢?1979年的三哩島核事故,堆芯發(fā)生了融化,但是并未造成一人因核事故死傷;2011年3月的福島核事故,也發(fā)生了堆芯融化,但是也未造成一人因核事故死傷。考慮到海嘯死亡和失蹤18000多人,對(duì)核事故的報(bào)道和渲染則完全不成比例。當(dāng)時(shí)宣傳過(guò)“福島五十死士”,就是那些在事故后堅(jiān)守核電站的人。當(dāng)時(shí)新聞報(bào)道說(shuō),他們都將在未來(lái)幾周后死亡,全世界人民還惋惜和致敬了一陣。但其實(shí)他們中第一例死亡發(fā)生在2013年7月,死因是食道癌(一種據(jù)說(shuō)要發(fā)展5-10年才會(huì)死亡,并且和輻射關(guān)系很小的癌癥),而且這是至今唯一死亡的“死士”;1986年的切爾諾貝利核事故是造成了嚴(yán)重的人員傷亡。那么真正因輻射而致死的有多少人呢?我們不從專業(yè)的國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA網(wǎng)站上去查找,省得他王婆賣瓜。我們看世界衛(wèi)生組織WHO的網(wǎng)站,請(qǐng)參閱這篇2005年(事故后大約20年,該發(fā)現(xiàn)的癥狀差不多都出現(xiàn)了,之后的死亡與事故相關(guān)性就不好證明了)的文章《切爾諾貝利:真實(shí)的事故范圍》http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2005/pr38/en/(其實(shí)這個(gè)調(diào)查也是IAEA和WHO以及聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織聯(lián)合開(kāi)展的)。其中對(duì)事故死亡人數(shù)的估算是4000人左右(A total of up to 4000 people could eventually die of radiation exposure from the Chernobyl nuclear power plant (NPP) accident nearly 20 years ago)。各位也可以閱讀http://news.ifeng.com/mil/special/qieernuobeili/,其中有一些中文的比較通俗易懂的分析說(shuō)明。單就發(fā)電過(guò)程而言,各種能源生產(chǎn)單位電力所對(duì)應(yīng)的人員傷亡數(shù)字進(jìn)行對(duì)比,核電應(yīng)該是非常低的(是否最低,有待確認(rèn))。如果考慮發(fā)電環(huán)節(jié)之外的能源供應(yīng)環(huán)節(jié),由于核電的燃料需求少,所以單位電力生產(chǎn)所對(duì)應(yīng)的供應(yīng)環(huán)節(jié)的傷亡人數(shù)也(幾乎)是最低的,想想那些煤礦礦難、油井井噴或失火、天然氣爆炸、水庫(kù)溺水事故吧。人類在和平利用原子能的歷史上,所發(fā)生的全部三次嚴(yán)重的核事故而死的人加起來(lái)大約4000人。這核電,得有多么不安全呢?
 
    最后,我想說(shuō)說(shuō)核設(shè)施的退役問(wèn)題,
 
    用于回應(yīng)原文中“美國(guó)解決不了核電站退役的問(wèn)題,德國(guó)、法國(guó)也不能例外。所有的核電站都不能例外”的說(shuō)法。這個(gè)論述有問(wèn)題,事實(shí)上,美國(guó)、法國(guó)等都進(jìn)行過(guò)核電站的退役,以下圖片來(lái)自百度百科“核設(shè)施退役”詞條,已展示了美國(guó)揚(yáng)基核電站退役前、中、后的圖片,對(duì)于更多退役技術(shù)、法規(guī)、案例等等,就不啰嗦了。我只想解釋一個(gè)問(wèn)題,為什么有些核設(shè)施可以退役而不進(jìn)行退役呢?第一,核衰變性質(zhì)決定了放射性會(huì)隨著時(shí)間而逐漸減弱。那么只要放射性不擴(kuò)散、不危害人類,對(duì)能夠良好管控的核設(shè)施延遲退役很可能是有益的;第二,退役確實(shí)需要短期內(nèi)投入較大成本,而金錢是有時(shí)間價(jià)值的;第三,退役是一件很復(fù)雜、科技含量很高的工作,科學(xué)技術(shù)水平的提高會(huì)極大的使退役過(guò)程簡(jiǎn)化。比如核探測(cè)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、遠(yuǎn)程測(cè)控通信技術(shù)、新材料和新裝備研發(fā)等等都會(huì)隨著時(shí)間而不斷進(jìn)步,它們都會(huì)使核退役工程受益。——概括來(lái)說(shuō),時(shí)間可以使放射性減小、使成本降低、使退役變簡(jiǎn)單,時(shí)間是完全站在人類一邊。因此人們選擇對(duì)一些核設(shè)施暫時(shí)不退役,是基于安全、成本、技術(shù)和收益的綜合選擇,而并非是走投無(wú)路。當(dāng)然,那些已經(jīng)對(duì)人類、環(huán)境等構(gòu)成了威脅的老舊核設(shè)施除外。而且我個(gè)人主張,有能力退役的設(shè)施就趕快退役,別給后代添麻煩、也別給當(dāng)代添“話把兒”。

 

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