我们真的不能把核电站做得更安全吗? | 科到了
以下文章来源于中科院物理所 ,作者李存东
作者:李存东
中国科学院大学物理科学学院2020级凝聚态物理专业博士生(培养单位:中国科学院物理研究所)
今天,2023年8月24日,日本政府已于当地时间下午1时许,正式开始福岛核污染水作业。这对全人类来说都是一场灾难,日本政府公然向全世界转嫁核污染风险,将一己私利凌驾于全人类长远福祉之上,此举极端自私极不负责任!
怎么就第四代了
其实,核电技术的代际升级可能并没有大家想得那么大,简单来说,第一代核电技术就是早期的原型堆电站,也就是上世纪五十年代到六十年代早期开发的轻水堆核电站;第二代核电站就是六十年代后期到九十年代前期开发的大型商用核电站;至于第三代核电站指的是更先进的轻水堆核电站,这些核电站采用标准化、最佳化设计和安全性高的非能动安全系统。
至于四代核电的反应堆类型,其实有六种备选方案。分别是:气冷快堆、铅合金液金冷却快堆、熔盐反应堆、液态钠冷却快堆、超高温气冷堆和超临界水冷堆。这六种都可以看作是四代堆,但显然,这其中,有三种是快堆,另外三种则不是,看起来,核电的代际划分标准还是很有特色的(bushi)。
至于不知道什么是快堆的童鞋,去找高中物理老师补课!
在这六种四代堆中,我国或多或少都有过研究,其中一些已经取得世界领先地位。篇幅所限,我们这一次主要讲讲超高温气冷堆和熔盐反应堆。至于其他的,有时间再聊。
超高温气冷堆
上图就是超高温气冷堆的原理示意图,球床堆芯就是核反应发生的地方,卸料管可以及时清除反应过后的乏燃料,保证不停堆加燃料,反应产生的热量在蒸汽发生器产生蒸汽,emmm,就还是烧开水,得到的蒸汽在常规岛循环发电。
VHTR是上世纪开发的高温反应堆的衍生物,显著特征是全陶瓷包覆颗粒燃料。它被誉为“永远不会熔毁的反应堆”,即使遇上9级地震,并引发剧烈海啸,也不可能出现堆芯热量无法散失以致堆芯融化的情况,不会出现核泄漏,十分安全。
至于其不会熔毁的秘密就在于这颗石墨球,这颗燃料元件在1650℃的高温条件仍能有效阻挡放射性的泄露,而设计表明,即使遇到极端事故,堆内温度也不可能达到这个温度。因此超高温气冷堆具有非常高的安全性。
除了固有安全性高,超高温气冷堆的发电效率更高;其堆芯出口的工作温度高,可以在不产生二氧化碳的情况下制氢;高温还可以向工业领域供热,用于石油化工、煤气化等领域。
熔盐堆
现在回收文章开头,那个令我振奋的消息就是:我国钍基熔盐堆实验堆开始试运行了。
熔盐堆的核反应就在左侧进行,下方的冷冻塞及应急储存罐是反应堆安全性的重要保障。以热交换器为界限,左侧为核岛,右侧是常规岛,反应释放的热量由冷却盐吸收,并被用于在常规岛加热产生高温蒸汽,驱动汽轮机发电。所以,虽然常规岛还是在烧开水,不过核岛算是在烧盐?
熔盐堆的固有安全性显而易见。熔盐堆的燃料本身就是融化的,根本就不存在堆芯熔化的问题;熔盐的低蒸气压减少了破口事故的发生,即便发生破口事故,熔盐在环境温度下也会迅速凝固,防止事故进一步扩即便出现破口事故;而当堆芯温度上升超过预警值时,底部的冷冻塞可以自动融化,熔盐会流入应急罐并冷却,不会造成核污染。
除了安全之外,熔盐堆可以更有效地利用核资源并防止核扩散。熔盐堆不挑燃料,可以直接利用铀、钚和钍等所有核燃料,而不用特别处理,甚至可以利用核武器拆解得到的钚。其产物中只有极少的钚,可以防止核扩散。
熔盐堆的热功率密度高,可以小型化模块化设计。运行中无需控制棒,可以不停堆换料,寿命长,功率易调。
熔盐堆可以运行在高温下,同样可以用于制氢、制氨、煤气化等工业领域。
参考文献: [1]王世亨.第四代核电站与中国核电的未来[J].科学,2005,57(01):18-21+4. [2]邓晖,詹萌. “不会熔毁的核反应堆”为何固有安全[N]. 光明日报,2022-01-06(007). [3]李雪峰,雷梅芳.第四代核能系统的产生与发展[J].中国核工业,2018(02):29-32. [4]葛维维.高温气冷堆:做“走出去”的领跑者[J].中国核工业,2018(02):15-17. [5]国家最高科技奖出炉,你还不知道高温气冷堆是咋回事? [6]蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰.钍基熔盐堆核能系统[J].物理,2016,45(09):578-590. [7]胡春玫.熔盐堆的“文艺复兴”[J].中国核工业,2018(02):26-28.
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