日本福島的核事故之后，人們對(duì)于核電站產(chǎn)生空前的恐慌，其安全性遭到了普遍質(zhì)疑。但是面對(duì)迄今為止效率最高、零排放能源的誘惑，我們?cè)摵稳ズ螐?不過(guò)慶幸的是，現(xiàn)在的兩種新型核電站設(shè)計(jì)能在很大程度上打消人們的疑慮。

      在今年3月日本福島的核災(zāi)難發(fā)生后，世界對(duì)核 電站的熱情降到了最低點(diǎn)—甚至低于切爾諾貝利核事故發(fā)生后的那段時(shí)期。德國(guó)、瑞士、意大利等國(guó)家將核電站項(xiàng)目徹底停止，包括我國(guó)在內(nèi)的其他國(guó)家也對(duì)已有核 電站進(jìn)行了全面安全檢查。然而，沒(méi)有任何一種可再生能源的效率能與核電站相比。一座占地一平方千米的核電站所能產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于一座占地20平方千米的 太陽(yáng)能發(fā)電站，或者是1200臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。如果一個(gè)國(guó)家想要顯著降低對(duì)化石燃料的依賴，就需要建造更多的核電站。但問(wèn)題的關(guān)鍵是，如何保證核電站的安全性?

      從我國(guó)的第一座核電站—秦山核電站于1985 年開(kāi)工建設(shè)到今天的近30年間里，工程師們已經(jīng)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(jīng)問(wèn)世。(第一代核電站是指早期的原型產(chǎn)品;第二代核 電站指上世紀(jì)60年代初至90年代末建造的核電站，福島核電站就屬于這一代產(chǎn)品;第三代核電站是指從上世紀(jì)90年代末之后開(kāi)始投入使用的核電站，主要位于 日本、法國(guó)和俄羅斯。)與之前的設(shè)計(jì)不同，絕大多數(shù)3代半核電站都有被動(dòng)安全元素層，能在電力中斷的情況下防止反應(yīng)堆熔解。第一座3代半核電站的建設(shè)目前 正在歐洲進(jìn)行中，我國(guó)目前在建和計(jì)劃建設(shè)的核電站也都屬于3代半核電站。在美國(guó)，南方公司近期也開(kāi)始在佐治亞州的奧古斯塔建設(shè)第一座3代半核電站—沃格特 勒核電站，兩座反應(yīng)堆中的首座將于2016年投入使用。

      與計(jì)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(yīng)堆。作為一種輕水反應(yīng)堆，AP1000利用鈾235發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生高能中子。高能中子將水加熱為蒸汽，進(jìn)而推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。

      核電站最大的危險(xiǎn)是反應(yīng)堆熔解—反應(yīng)堆核心過(guò) 熱、熔化，外殼破裂，最終導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏。與絕大多數(shù)反應(yīng)堆一樣，AP1000也需要依靠電力驅(qū)動(dòng)冷卻水和風(fēng)扇來(lái)降溫，但是它還帶有被動(dòng)安全系統(tǒng)，在 電力失效的情況下能利用重力、凝結(jié)和蒸發(fā)這樣的自然力量來(lái)對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行冷卻。

      被動(dòng)安全系統(tǒng)的核心是一個(gè)直接置于密封外殼上 方的容量為3000立方米的水箱，水箱的閥門需要電力才能保持關(guān)閉狀態(tài)。這樣一旦反應(yīng)堆的電力供應(yīng)失效，閥門就會(huì)打開(kāi)，水箱中的水就會(huì)在流出來(lái)澆到密封外 殼上。通風(fēng)孔也會(huì)被動(dòng)地從外界將冷空氣吸入并使其流過(guò)核心結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步進(jìn)行冷卻。

      如果事態(tài)進(jìn)一步惡化，技術(shù)人員能手動(dòng)將密封殼 體內(nèi)的另一個(gè)水箱打開(kāi)，將反應(yīng)堆核心淹沒(méi)。蒸發(fā)的水會(huì)在殼體頂部冷凝并降落，對(duì)核心重復(fù)進(jìn)行冷卻。今天絕大多數(shù)核電站的備用電源在電網(wǎng)供電中斷后都只能堅(jiān) 持4~8個(gè)小時(shí)，而 AP1000 在電力失效、沒(méi)有人工干預(yù)的情況下也至少能安全地運(yùn)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(yè)界的一些專家目前在著手設(shè)計(jì)更新、更安全的第四代核電站。以釷為 燃料的熔鹽反應(yīng)堆(MSR)就是第四代反應(yīng)堆中的一種，它用液態(tài)釷取代了今天的核電站中使用的固態(tài)鈾，這個(gè)改變徹底杜絕了熔解的問(wèn)題。

      熔鹽反應(yīng)堆的概念于上世紀(jì)60年代在位于美國(guó) 田納西州的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室被提出和建造，并于1965~1969年間運(yùn)行了2.2萬(wàn)個(gè)小時(shí)?！八皇侵淮嬖谟诶碚撝械姆磻?yīng)堆，也不是試驗(yàn)性質(zhì)的?！狈菭I(yíng) 利釷能源聯(lián)盟的負(fù)責(zé)人、工程師馬克?庫(kù)奇說(shuō)，“它們是真實(shí)存在的，而且能夠運(yùn)行。”在目前所有的第四代反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，MSR是惟一一種在電腦模型之外經(jīng)過(guò) 了實(shí)際檢驗(yàn)的。“盡管當(dāng)時(shí)建成的并非完整的系統(tǒng)，但它確實(shí)證明了MSR是一種能夠成功運(yùn)行的設(shè)計(jì)?！毕饦?shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室核技術(shù)項(xiàng)目辦公室的資深項(xiàng)目主管杰 西?吉辛說(shuō)。

      在安全方面，MSR的設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：它 的液態(tài)燃料儲(chǔ)存的壓力要比輕水反應(yīng)堆中固態(tài)燃料的壓力低得多，從而極大減少了像福島核電站發(fā)生的那種氫氣爆炸的可能性。其次，一旦發(fā)生電力供應(yīng)中斷，反應(yīng) 堆內(nèi)的固態(tài)鹽就會(huì)熔解，液態(tài)燃料流入儲(chǔ)存池并固化，將裂變反應(yīng)終止?！凹词篃o(wú)人照管，熔鹽反應(yīng)堆也是安全的?！睅?kù)奇說(shuō)，“即使被廢棄、沒(méi)有電力供應(yīng)，小行 星撞擊地球這樣的世界末日來(lái)臨，它也會(huì)自行冷卻并固化?！?/p>

      盡管熔鹽反應(yīng)堆也能以鈾或钚為燃料，但是使用 低放射性的元素釷為燃料，并以少量鈾或者钚作為催化劑會(huì)兼具經(jīng)濟(jì)性和安全性。釷的儲(chǔ)量是鈾的4倍，而且更易于開(kāi)采—部分原因在于它的放射性更低。此外，釷 的效率也要比鈾高得多。“在傳統(tǒng)反應(yīng)堆中，只有3%~50%的鈾被利用?！睅?kù)奇說(shuō)，“而在熔鹽反應(yīng)堆中，99%的釷都被利用?！苯Y(jié)果就是，1千克釷產(chǎn)生的 能量相當(dāng)于135千克鈾，或者是160萬(wàn)千克煤炭。

      由于燃料利用的高效率，以釷為燃料的熔鹽核電站產(chǎn)生的核廢料也比今天的核電站少得多。鈾基核廢料在成千上萬(wàn)年內(nèi)依然是危險(xiǎn)的，而釷廢料 的危險(xiǎn)期只有幾百年。此外還有一個(gè)好處是，釷難以被制作成核武器。“即使一個(gè)國(guó)家儲(chǔ)存了1000千克釷，也沒(méi)有什么可擔(dān)心的?！睅?kù)奇說(shuō)。

      由于不需要大型冷卻塔，熔鹽反應(yīng)堆無(wú)論占地面 積還是發(fā)電能力都要比傳統(tǒng)輕水反應(yīng)堆小。今天的核電站平均發(fā)電能力為1000兆瓦，而以釷為燃料的熔鹽反應(yīng)堆的發(fā)電能力只有約50兆瓦。更小型、數(shù)量更多 的核電站能減少電力在傳輸過(guò)程中的損耗(在今天的電網(wǎng)中，傳輸造成的損耗高達(dá)30%)。美軍對(duì)于用熔鹽反應(yīng)堆為軍事基地供電表示了濃厚興趣，而需要穩(wěn)定電 力保證其服務(wù)器運(yùn)行的谷歌公司也在去年主持召開(kāi)了一個(gè)以釷為主題的會(huì)議?！八麄兿Ｍ茉跀?shù)據(jù)中心附近建設(shè)容量為70兆瓦~80兆瓦的熔鹽反應(yīng)堆?！睅?kù)奇說(shuō) 道。

      但是即使有軍方和大企業(yè)的支持，向新型核電站 的過(guò)渡也將是非常緩慢的。但是在我國(guó)，這個(gè)速度可能會(huì)快很多。今年1月，我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)以釷為燃料的熔鹽反應(yīng)堆項(xiàng)目?！爸锌圃阂呀?jīng)證實(shí)將在近期—也許 不到10年—部署熔鹽反應(yīng)堆?！奔琳f(shuō)。這個(gè)項(xiàng)目的啟動(dòng)也許將在世界范圍內(nèi)起到示范作用。