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揭秘大亚湾核电站:进厂过三关 高放废物深埋500米

时间:2014-06-27 08:06:11  来源:南方都市报  作者:happy  浏览量:

   大亚湾核电站全景。

   大亚湾核电站防波堤。

   安全壳    157组燃料组件被放在压力容器内。压力容器和蒸汽发生器、稳压器等设备一起被置于安全壳中。

   燃料组件    289根燃料棒组合起来就是一组燃料组件。

   燃料棒    发生核裂变的燃料芯块主要成分是二氧化铀,这些直径8毫米、高10毫米的芯块被放在一条约小手指粗细的锆合金燃料包壳中,最后被密封起来,组装成燃料棒。

 

   热点话题的科学视角,衣食住行的实证辟谣。周四,一起为科学死磕,发现身边真知。

   南都讯 6月13日,国家主席习近平主持召开中央财经领导小组第六次会议时强调,在采取国际最高安全标准、确保安全的前提下,抓紧启动东部沿海地区新的核电项目建设。截止2014年5月底,中国核电总装机容量1807万千瓦,发电机组达到20台;全国在运7个核电站20台机组在运。核电站究竟长什么样?核电厂是如何运转的?核电站究竟安不安全?近日,南都记者探访广东大亚湾核电站,采访专家和一线核电厂工人,了解真实的核电站。

   进核电厂先要过三道关卡

   起建于上世纪80年代的深圳大亚湾核电站,是我国大陆第一座大型商用核电站,坐落于深圳东海之滨,与深圳市中心的直线距离为50公里,与香港九龙尖沙咀的距离为52公里。

   现在我们常说的大亚湾核电基地,共包括了大亚湾核电站、岭澳核电站一期、岭澳核电站二期三个核电站六台百万千瓦级压水堆核电机组,年发电能力约450亿千瓦时。核电基地占地10万平方米,内部有1万余名员工。

   核电基地分为不同的安全区域,每个区域有不同的授权限制。核电基地的入口,就是第一道“安检”,员工可以凭卡进入,但外来人员则需要提前登记申请。最外围的区域有宿舍、商场和运动场等生活设施,还有早年国外专家顾问居住的“专家村”,现在主要用于接待前来交流访问的国内外核电同行。“辛弃疾路”、“李清照路”、“陆游路”等路牌,给核电基地带来了些许“文艺”气息。

   进入第二道“安检”后,主要路段都能看到“撤离通道”、“紧急集合点”的指示牌。核电站的一位工作人员表示,在这里上班,大家都经过了定期的应急知识培训,做到防患于未然。

   再往前走,想要进入真正的核电站区域,还得凭电子通行证和独立密码,才能通过第三道安检。而要进入核电站内部,还要经过若干道门禁,每一个区域都有不同的门禁。

   进入核心区域还要“人品”证

   核电厂背靠青山,面朝大海。电厂和大海的连接处,有一道超过1公里长的防波堤,其中最高的地方超过16米。工作人员介绍,大亚湾核电基地和日本福岛第一核电站地质条件不同,最近一次评估表明,这里几乎不会有大规模的海啸发生。该工作人员解释,发生大海啸需要三个条件———海水深度在1000米以上、震级大于6 .5级、震源断层为垂直错动,而我国沿海处于宽广的大陆架上,水深较浅且都在200米以内,不利于地震海啸的形成和传播。大亚湾海域的水深只有20至30米,且外围有众多海岛的拱卫,海啸传递到大亚湾时能量已经衰减到很小。

   核电站内,最引人注目的要数那个圆柱形硕大建筑物,可不要小看它,这里就是核反应堆厂房,是产生原子链式反应释放巨大能量的地方。“进入核心工作区域,都需得到辐射防护资格授权,简称RP证。”大亚湾核电基地运行工程师闫向前笑称,很多人将“RP证”称为“人品”证,即使有了“人品”证,穿上防核辐射服,安全壳也不是平时可以随意进入的,一般在换燃料或检修的时候,才可以进入。“人品”证也不是一张简单的证件,它是个性化记录放射性管理的一个设备,连接着一个警报装置,如果所受辐射超过正常范围,它就会发出警报。

   一年到一年半换一次燃料

   “(对于操作员而言)很多时候一个像揭开杯盖这种看似简单的动作,也需要两个人共同完成。”闫向前说,为了保证安全,基本上所有的设备措施都有多套备用系统,他们运行团队要做的工作之一,就是定期调适测试,保证所有关键设备的可靠性。

   上夜班时,为了在最困的时候打起精神,这段时间员工会轮流参加培训讨论;可能产生放射性物质的地方都设有监测探头,一旦有意外,就会自动报警;各种装备和反应用水都要定期巡视、检查,以确保万无一失……正如闫向前所说,“核电厂有太多的以防万一。”

   维修工程师张拾川介绍,核电机组换燃料的周期在一年到一年半左右,每次更换反应堆中1/3的燃料,电站通常在更换核燃料的空当进行设备大检修,检修时间不一,“短的时候十几天,长的时候,像今年大亚湾核电站20周年,就需要3个月的时间。”

   换燃料时,把乏燃料从压力壳转移到乏燃料水池中,再换入新燃料,整个过程都是机械化并且在水下进行。闫向前说,最高的时候注水超过19米,在水面上还有多个探头监测,以防止燃料接触到空气,“许多的安全措施,其实是冗余之后再冗余的多重保障,在核电站,凡是涉核的事项,再小的事也是大事。”

 

 核废料如何处置?

   世界核能协会官网公开资料显示,核废料分为高、中、低三种。一座核电站正常运行产生的核废料中,97%是中低放废,只有3%是高放废。核电站用过的乏燃料及乏燃料后处理产生的固体废液,都属于高放核废料,而核电站的处理污染设备、检测设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水和劳保用品等,则属于中低放废物。

   《中华人民共和国放射性污染防治法》第六章第43条规定,中国对核废料实行分类处置,中低放废要在符合国家规定的区域实行近地表处置,而高放固体废物与α放射性固废则实行集中深层地质处置。

   “简单地说,近地表处置就是挖个坑把它埋了,这个坑必须做特殊处理。”广东省环境辐射监测中心一位不愿具名的专家介绍,目前我国中低放废都要装入密闭的金属桶,在核电站附近的暂存库暂放5年,再转运到专业的中低废处置场,“这些废料会被埋在100到300米地下入土为安,废料外部还会有重重工程屏障包围确保安全。”目前,国内共有2个建成使用的中低放废处置场,一个是甘肃玉门中核404厂内的西北处置场,另一个是在广东大亚湾电站区域内的北龙处置场。

   如何安全处置高放废物一直是世界性难题,目前世界上公认最安全可行的方法就是深地质处置方法,即将高放废料深埋在地下500米左右的特殊仓库中永久保存。现在中国的处理方法是将其固化,密封在特制的废物箱内,贮存在核电厂内的乏燃料水池中,排除余热,等到放射性减退后,深埋于西部沙漠地下。

   根据此前出台的核电中长期发展规划,中国曾提出要在2020年前建成高放废物的最终处置地下实验室,完成高放废料的最终处置场规划。甘肃北山处置场是国内唯一已经确定选址的高放废物处置场,按照《高放废物地质处置中长期研发规划指南(讨论稿)》,北山处置场到2050年才能建成投运。

   释疑

   为何核电站中的核反应不会像原子弹发生爆炸

   一个原因在于前者的燃料浓度没有后者高,核电站中使用的铀纯度不到5%,而原子弹使用的铀纯度要达到90%以上,正如酒精度高的白酒可以点燃,而啤酒就点不着。近日,在广东省总工会与南方日报社联合举办的广东职工大讲堂上,清华大学核能与新能源研究院原学术委员会主任、南方舆情研究院专家委员会委员吴宗鑫介绍,另外一个原因是控制棒。核电是靠一种叫铀的物质裂变产生能量,再带动汽轮机发电。铀发生裂变的时候会产生2-3个中子,如果这2-3个中子再去裂变,会产生翻倍的中子数。为了把裂变控制在一定范围内,控制棒的作用就是去“吃掉”多余中子数量,让一次撞击裂变,只产生一个中子,这样反应堆就能稳定运行,而不会像原子弹一样爆炸。

   控制棒和燃料组件一起,都在压力边界中。中山大学中法核工程与技术学院教授蔡杰进介绍,做成的燃料组件里就专门给控制棒留了空槽,要停堆的时候可以将控制棒完全插入反应堆,吸收完所有的中子;要继续反应的时候则将控制棒抽离一定距离,来控制反应强度。

   核电站产生的辐射究竟多大

   首先要明确的是:辐射无处不在,住房、天空、树木等都含有辐射。相关资料显示,在正常运行情况下,核电站周围的公众每人每年接受的辐射剂量约为0 .01毫希(m Sv)。这是什么概念?核电站工作人员介绍,一次胸透的辐射量是0 .02毫希左右,北京到欧洲飞机往返所受辐射量约为0 .04毫希。吴宗鑫说,4000毫希的辐射量会给人带来致命伤害,“如果正常运行,核电站的辐射是非常低的,相当于一年照一次X光。”

 福岛事件后

   新增哪些安全措施?

   吴宗鑫教授介绍,日本福岛核电事故后,国家核安全局、国家能源局和地震局对全国民用核设施进行综合安全检查和再评估,结论认为中国核电安全是有保障的。因为上世纪80年代中期,中国核电起步时,国际上核电安全的标准已基本完善,中国核电拥有较高起点,在核电厂选址、设计、建造等方面,中国目前采用的标准都属于国际高标准。

   中广核集团原技术中心主任、安全总监濮继龙向南都记者介绍,日本福岛事件之后,国内核电站强化了“多重故障、极端天气”等条件下核应急的应对措施。国家核安全局总结福岛核事故经验教训,颁布了《福岛事故后核电厂改进行动通用技术要求》。中广核根据该要求,共梳理安全改进项90余项。截至2013年12月,在运电站均开展了电厂抗震分析、严重事故缓解等50项改进行动,已完成22项。在建核电站已完成防水淹改进、增设移动应急电源等28项改进项中的14项。各基地都配置了移动电源,大大提高电源可靠性,通过建设高位水箱提高运营核电站安全水平,使堆芯融化事故概率大幅降低。

   此外,环保部核与辐射安全中心副总工程师陈晓秋指出,日本处于地震板块的交界处,而且海水有1000米深,容易发生海啸。我国板块内部大陆架比较浅,海水深度大约几十米到100米深,不利于海啸发生。

   核电站厂房里面什么样

   核燃料厂房

   存放燃料的地方

   未燃烧的核燃料和用过的乏燃料都放在这里的燃料池中,工作人员穿戴的各种防辐射装备,也都在这个厂房内。

   核反应堆厂房

   核反应发生的地方

   装有燃料组件的压力壳共连接三个蒸汽发生器,每个蒸汽发生器配有一个水泵,整个系统配有一个稳压器。之所以要连接三个蒸汽发生器,是为了防止其中一个出现故障,导致散热无法进行。

   汽轮发电机厂房

   发电机组在这里发电

   反应堆通过裂变产生巨大热能之后,推动汽轮发电机组发电。

   主控室

   核电站“大脑”进入权限最高的地方

   所有的操作命令都要从这里发出。大亚湾核电基地专职教员湛波介绍,能进入这里的操作员需要通过4-5年的执照考试,而且一个人一生只有两次考试的机会。

   (图片来源:NewMexico DigitalCollections)

   反应堆的三道屏障

   清华大学核能与新能源研究院原学术委员会主任、南方舆情研究院专家委员会委员吴宗鑫教授和大亚湾核电站工作人员均介绍,为防止放射性物质外泄,我国的核电站仅反应堆这个环节就设置了三道安全屏障。

   最内层的燃料包壳

   燃料棒的锆合金包壳耐热、抗辐射,组成第一道屏障“燃料包壳”;大亚湾核电站工作人员介绍,核燃料裂变时产生的放射性物质98%以上会被滞留在芯块中,不会释放出来。锆合金包壳可以避免放射性物质进入一回路的水中。

   200毫米高强度压力壳

   多根燃料棒组成燃料组件,燃料组件被放置到厚约200毫米的高强度压力壳中,万一燃料包壳受损,放射物质漏到冷却剂中,它仍被限制在压力壳和不锈钢管组成的第二道防线内;压力容器和整个一回路都能耐高温、高压,并包容放射性物质。

   钢筋混凝土安全壳

   如果第一、第二道屏障都没有完全挡住放射性物质泄漏,还有第三道屏障———最外面的球形圆柱体安全壳。安全壳内衬6毫米钢板,一般直径40米高60米,有约1米厚的钢筋混凝土。

   “在外部还有安全保护系统,应急堆芯冷却系统、喷淋系统等等,使反应堆万一发生事故时,能自动停闭和自动冷却堆芯。”

   出品:南方都市报科学新闻工作室 主持:南都记者 冯巧

   采写:南都记者 万蜜 靳颖姝 薛冰妮 摄影:南都记者 冯宙锋

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