來源:核電縱橫 發(fā)布日期:2015-11-13
第一次看到這個文章,是來自于一位金融投資圈內工作的朋友推薦。他說讓我談談看法,所以有了以下的內容?!昂穗妼缰袊?,以下簡稱“原文”。我不想去探討作者的目的,因為當你用陰謀論去揭批另一種陰謀論時,本身就已經落了下乘。我只是一個核能、核廢物領域的研究學者,我覺得有必要在這個我熟悉的領域,用我的專業(yè)知識來對原文做些粗淺的分析、順便說說體會。但我盡量避免用專業(yè)詞匯,因為我希望原文的讀者也都可以讀懂本文(因此會有概念、數據和表述的不嚴謹之處,請同行見諒)。
首先,我覺得原文的選題很好,題目是核電,其實是用“核廢物”作為選題內容。作為一個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三處:安全性、經濟性,以及核廢物。諸如核電站爆炸、核電污染周圍環(huán)境等等,主要針對核電的安全性;說核電設備復雜、退役昂貴等等,主要針對經濟性。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、經濟性太簡單的,只是由于這不是我要說的重點,所以此處省略若干字。唯獨核電廢物問題,確實是不可回避的問題,反核的人士只有選擇這個話題,才能真的讓專家們皺一下眉頭。為什么呢?第一,因為核廢物問題復雜;第二,核廢物問題沒有徹底解決;第三,熟悉核廢物問題的專家不多。——所以,我說這個文章選題好。既有利于原文揭批核電的“陰謀”,也可以讓大家關注核廢物,最終讓公眾在越辯越明的過程中充分的認識事實、逐步去接近真象。
核廢物最顯著的特點是它的放射性。放射性來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)。由于這些原子的結構不穩(wěn)定,會隨著時間自發(fā)衰變,衰變過程放出放射性,也放出一些熱量。也請注意:這些放射性的原子會隨著衰變而逐步變少,衰變越快,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、壓力等無關、也和原子自身所在的分子形態(tài)、所處的物理、化學的狀態(tài)無關。所以說,特定原子核的衰變(基本)是無法改變的?!@也是原文作者提到的放射性遺留幾十萬年、放射性放熱的科學依據,從這點上講,原文作者說的沒有大錯。
那么,要減少廢物的放射性,基本就只有兩個方法。第一是消耗時間,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重要的物理量:半衰期,可能是幾秒、也可能是幾十萬年。對特定一堆同種放射性原子而言,每過一個半衰期,放射性就減少一半、它的放熱也就減少一半。原文作者說的放射性遺留幾十萬年,是針對特定的那些長半衰期(長壽命)放射性原子來說的,絕不可以把遺留幾十萬年套用到所有放射性原子身上。——這點,原文作者是沒有告訴讀者的。
有趣的是,放射性的強弱(活度A)也是和原子核的半衰期(T1/2)密切相關的。具體來說就是A=N*(ln2/T1/2),其中的N是指放射性原子/原子核的數量。這說明什么呢?放射性強的壽命短、放射性“衰減”快;壽命長的放射性弱、放射性禍害沒有那么大。——這一點,作者也沒有告訴大家,籠統(tǒng)的把放射性強和延續(xù)時間長混為一談,這就不對了。舉個栗子,剛剛從核電站卸出的燃料(乏燃料)的放射性很強。放射性的主要貢獻來自于短半衰期的原子,他們的衰減非??臁MV购朔磻?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……當然以后的減少會越來越慢,因為放射性強的衰變快,早期都死光了,后面的壽命長,衰減就慢了。
那么放射性半衰期長的那些原子怎么處理呢?——我們先看看它們有多少,從質量上去估算,大約相當于乏燃料重量的1/100。這1/100主要是钚(Pu,它自己就大約1/100)和其它一些長壽命放射性原子(其它這些加起來大約1/1000)。這1/100是不包括乏燃料中鈾的,因為鈾(絕大部分)本來就是地球上存在的,都是咱們從地表土壤、巖石中提取出來利用的。那么乏燃料有多少呢?每個百萬千瓦機組每年大約20-25噸。這個數字太抽象,借用美國人的一個形象比喻“美國利用核電至今所有產生的乏燃料如果首尾相接、并排放置的密集擺放,用一個美式足球場地堆積6.4m高就足夠了”。而美國有104個反應堆,平均每個堆大約運行了三十多年了。即使我國現在在建和運行的50個左右機組都馬上開足了運行,要積累美國這么多的乏燃料,也要到2060年以后了。這也是核電的一個優(yōu)勢所在,廢物量非常的少。乏燃料總量少,其中只有1/100是長壽命廢物,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?。。?,不作為核廢物處置,那么長壽命放射性廢物的總量大約相當于乏燃料的1/1000。你說,所謂要管理20萬年的放射性物質有多少?當然,實際上不會有這么少,因為要完全分離的技術難度和成本都很高。對長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”。簡單說就是用中子去打那些放射性原子核,人工誘導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到無放射性。我的心目中,這個方法是解決核廢物問題的“終極之道”,其價值不亞于核聚變。不過,目前同樣處于研究階段,也期待大家多多關注!
接下來,自然就談到了原文中一個重要的問題“用壽命100年的混凝土,能保證核廢物20萬年存放的安全嗎?”——這個問題的信息量太大了!容我理清思路:
第一,正面回答這個問題,答案是No!誰說Yes誰在胡說八道。
第二,原文作者給大家看了個混凝土建筑,說那是存放核廢物的場所??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)內有個“縱深防御”的設計思想,就是哪怕有一層(比如混凝土建筑物)防御失效時,后面還會有一長串防御措施等著生效呢。比如處置設施里面會有巖石、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)保護等等?!慰康暮埽缀跏悄壳澳芟氲降淖罘€(wěn)妥可靠的方法。多說幾句,科學家們仍然在不斷改進核廢物的處置方法。但我覺得,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出問題。證實容易,證偽難,我們嘲笑杞人憂天,但是你能證明“天不會塌下來”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(埃及近代并沒有仿制品出現)。我覺得,4000年前的科技造出來的建筑能存在4000年。咱們是不是該有點信心,現在的科技所建造的建筑也能存在4000年——當然,溫濕度、氣候和人類活動影響必須考慮,這就是選址問題,也是核能領域已經高度重視的問題。還要考慮工程質量的問題,這個并不在今天的討論之內。
第四,廢物的管理難度很大程度上取決于它的體積。之前說了,如果核廢物管理方面能夠落實“廢物最小化”原則,真正的需要長期與人類、環(huán)境隔離的廢物量(含有長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,現在有好多科學家和技術人員在做,比如乏燃料后處理就可以把乏燃料中95%左右質量的成分提取出來再利用,比如對長壽命放射性原子的分離,又可以把長壽命廢物總量從5%進一步減少到0.1%左右。即使不考慮把這些長壽命放射性原子嬗變掉,需要長期管理的放射性廢物也已經大大減少。如此小規(guī)模的放射性廢物,咱們簡單的不負責任的說,就把它們廢物集中起來,包個瓷實,找個偏遠無人地區(qū),參照希特勒地下堡壘標準建設,派軍隊把守起來就妥妥的了。
接下來,再談談廢物儲存過程的放熱問題。前面說過,這也是原子衰變過程必然出現的問題,不可避免。但廢物含有的放射性原子數量是隨著衰變在減少的,所以放熱也是隨著時間推移在減少的。所以放射性廢物的處置,并不是簡單的深埋地下就可以的(當然這不是為了預防作者所說的氫氣爆炸,水分解成氫氣要1000多度,這個溫度前早就作為氣體揮發(fā)走了),而是有非常科學、系統(tǒng)的管理方法。恰巧,我今年寫了一篇關于地質處置廢物特性研究的文章,其中談到了美國的尤卡山廢物處置。他們要在乏燃料卸料后存放50年以上,才會放到處置庫里面去。而且處置庫是進行強制通風的,從放入廢物開始通風,到廢物庫裝滿以后還要再通風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。當然各個國家的廢物最終處置方案不同,美國尤卡山只是一個方案,我舉這個例子也只是為了說明,放射性廢物處置過程的放熱已經被充分考慮到,并且會控制在安全范圍之內。對了,大家還記得小時候學到的地球的結構嗎?據說(我其實一直懷疑)地球中心有一片熱得不得了的區(qū)域(地核),那地方每時每刻都進行著劇烈的核反應,有幾千度的高溫。但地球并沒有被崩飛,而且地球表面生活的人類還在上網,并愉快的討論著核廢物問題……
再說說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。
很多人都認為它們是說明核電不安全的三個典型實例,我同意。這三次核事故在不同的時間、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,對核事故的報道和渲染則完全不成比例。當時宣傳過“福島五十死士”,就是那些在事故后堅守核電站的人。當時新聞報道說,他們都將在未來幾周后死亡,全世界人民還惋惜和致敬了一陣。但其實他們中第一例死亡發(fā)生在2013年7月,死因是食道癌(一種據說要發(fā)展5-10年才會死亡,并且和輻射關系很小的癌癥),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)的國際原子能機構IAEA網站上去查找,省得他王婆賣瓜。我們看世界衛(wèi)生組織WHO的網站,請參閱這篇2005年(事故后大約20年,該發(fā)現的癥狀差不多都出現了,之后的死亡與事故相關性就不好證明了)的文章《切爾諾貝利:真實的事故范圍》http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2005/pr38/en/(其實這個調查也是IAEA和WHO以及聯(lián)合國糧農組織聯(lián)合開展的)。其中對事故死亡人數的估算是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明。單就發(fā)電過程而言,各種能源生產單位電力所對應的人員傷亡數字進行對比,核電應該是非常低的(是否最低,有待確認)。如果考慮發(fā)電環(huán)節(jié)之外的能源供應環(huán)節(jié),由于核電的燃料需求少,所以單位電力生產所對應的供應環(huán)節(jié)的傷亡人數也(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)生的全部三次嚴重的核事故而死的人加起來大約4000人。這核電,得有多么不安全呢?
最后,我想說說核設施的退役問題,
用于回應原文中“美國解決不了核電站退役的問題,德國、法國也不能例外。所有的核電站都不能例外”的說法。這個論述有問題,事實上,美國、法國等都進行過核電站的退役,以下圖片來自百度百科“核設施退役”詞條,已展示了美國揚基核電站退役前、中、后的圖片,對于更多退役技術、法規(guī)、案例等等,就不啰嗦了。我只想解釋一個問題,為什么有些核設施可以退役而不進行退役呢?第一,核衰變性質決定了放射性會隨著時間而逐漸減弱。那么只要放射性不擴散、不危害人類,對能夠良好管控的核設施延遲退役很可能是有益的;第二,退役確實需要短期內投入較大成本,而金錢是有時間價值的;第三,退役是一件很復雜、科技含量很高的工作,科學技術水平的提高會極大的使退役過程簡化。比如核探測技術、機器人技術、遠程測控通信技術、新材料和新裝備研發(fā)等等都會隨著時間而不斷進步,它們都會使核退役工程受益?!爬▉碚f,時間可以使放射性減小、使成本降低、使退役變簡單,時間是完全站在人類一邊。因此人們選擇對一些核設施暫時不退役,是基于安全、成本、技術和收益的綜合選擇,而并非是走投無路。當然,那些已經對人類、環(huán)境等構成了威脅的老舊核設施除外。而且我個人主張,有能力退役的設施就趕快退役,別給后代添麻煩、也別給當代添“話把兒”。
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