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【科学探索】戴谨:戏说福岛事故和核能安全

2017-02-20 戴谨 诗酒趁年华


最近的那个已经被地震毁了的福岛核电站再次成为关注点。本人虽然不是这个领域的专家,应微信群友的邀请,复习了一下相关的物理学知识,查了些资料,本着科学和娱乐的精神,来评论一下。

 

关于原子能的那点儿事儿


无论是原子弹还是原子能,利用的都是铀235这种原子核的链式反应。



这种原子核会以比较慢的速度自发地分裂成两半,释放出极大的能量和两三个中子。然而中子如果撞上了一个铀235核,就会马上导致分裂。就像上面那张图,一发而不可收拾。

 

发生链式反应是有条件的,对于中子,行走在物质中感觉很空旷,原子核对于原子,想当于半径一公里的大球中间的一粒樱桃,发生碰撞的机会不大。想要产生链式反应,必须:


1、 铀235的浓度足够高,这种原子核只是金属铀的一种同位素,天然情况下含量极低,绝大部分天然铀是不会裂变的铀238。


2 、必须有一大块铀,这样,大部分中子跑到外面之前就会撞上一个铀235核。

 

原子弹使用高浓度的铀235,几大块压在一起,一下子就炸了。核电站里的燃料中铀235的浓度是4-5%,无论如何也不会炸。它们是这个样子的:



把这些二氧化铀的小块装进套筒里,变成棒棒糖一样东西(差不多就是这样粗细)。再把几百根棒棒糖变成一个森林。这样,中子们逃出一个棒棒还会撞到另一个棒棒,反正逃不远。如果想控制核反应的速度,森林中还可以插入或拔出一些吸收中子的棒棒(常常是用碳做的)。再让水从中间流过,把核反应产生的热量带走去发电。核电站,差不多就是这么回事。

  


说到原子能,大家都会想到可怕的放射性。其实,作为核燃料的铀虽然有放射性,但它的半衰期都在几亿年以上。衰变的极慢意味着放射性极弱。吃进去不可以,放在床底下你可以安心睡大觉。

 

然而核裂变的产物是有超强放射性的,强到放射衰变产生的热量可以把这些棒棒糖融化,人靠近就会很快死。所以,即使一个核反应堆停止运转,你也必须不断地冷却,否则就要出大事。核电站需要大量的冷却水,所以都建在海边或河边。

 

燃料棒一般要在反应堆里燃烧几年,烧尽的棒棒必须放在池子里用循环水冷却,就这样伺候好几年。几年后,放射性最强的衰变都完成了,可以拿出来了。但它们仍然是“别摸我”,二十万年内都有放射性。必须找到一个地方埋掉。

 

就不知,两千年后会不会有考古队把它挖出来,“嗯,这个古董很好玩,把它放在家里做摆设吧.....”

 

福岛发生了什么

 

福岛出事后国人恐慌,我当时在笑:泄露的核污染再多,也比不上原子弹吧?美国人当年在那里扔过两颗原子弹,中国人还挺高兴的,没听说当时盐卖光了。研究了一下,发现还没那么简单。

 

核反应堆里的燃料,好几年才换一次,里面可能积累了几年的裂变产物,远比一颗原子弹多。光福岛的1号堆,里面就有78吨二氧化铀。粗粗算了一下,够造40-50颗广岛原子弹的。最坏的情况下,如果这些燃料烧得差不多了,随着爆炸四处飘散,够日本人喝一壶的(还好,目前绝大部分还没散出来)。所以,核电站马虎不得。

 

地震来的时候,福岛所有的反应堆自动停止运转。但虽然没电,核燃料还需要冷却啊。于是,备用的冷却系统启动。然而海啸涌了进来,备用的电源泡汤了。

 

虽然是史无前例的大地震加海啸,如果处理果断及时,悲剧还可以避免。然而日本人高层的搞不清情况,低层的不敢承担责任做决定。还想遮丑,也没有人敢进去把东西修好,武士道的精神不知道哪儿去了。无能的日本人,在全世界人民的围观下,让所有三个正在运行的反应堆一个个地融毁,爆炸。还好,爆炸是里面逸出的氢气造成的,炸开了的建筑物,并没有炸开反应堆外面的水泥封闭墙。

 

为了冷却,日本人把海水灌进去。正常情况下,内层的水和外层的冷却水是隔离的。现在反应堆坏了,冷却水高度污染,刚开始他们还在往海里排,全世界人民都不干了。现在,近6年后,那里已经积累了小100万吨放射性水,存在一个个大罐子里。他们还在申请排到海里去。

 

最近的报导是2号堆的水泥封闭墙内又探测到了高辐射。没人能进去看,日本人也搞不清怎么回事。但有可能融化了的棒棒糖已经融穿了内层的高压容器。让人担心最后一层水泥底被烧穿,地下水被污染。

 

后果有多严重

 

如果你去读关于切诺贝尔事故各种网上文章,最多的说死了20万人。而实际上,确定因为受了辐射致死的只有43人。其他的,受过点儿辐射的人,得癌症的几率多少会大一些,有一些模型可以用来计算这种意义上的“致死人数”。也有些人瞎算。一个人如果得了癌症,谁知道是不是因为二十年前被照过一下呢?

 

福岛事故,没有人因为受辐射死亡。然而,一些统计表明因为紧急疏散人口,死了1000多人。比如,重症病人需要从医院挪走。一些人感叹,其实这些人留在那里不走,反而不会死。

 

这就是核污染,毒不死你也可以吓死你。

 

由于排放放射性海水,当时附近海水的放射性增加了1000倍。自然界到处都有一点点辐射,只有达到一定的强度才会对人体有害。增加了1000倍听着很恐怖,但仍然是人畜无害的。用常识想想,太平洋那么大,人类折腾点儿东西进去,算个什么事儿?现代的科技可以进行高灵敏度的测量,污染了的海水顺着洋流走到美国那边,那边捕到的金枪鱼身上也能检测到放射性,但强度远远没有危险。

 

再说下去我就像为小鬼子说话了。肯定会有人质问我:福岛的海鲜你吃不吃?我不吃,虽然吃了多半不会有事,但风险毕竟不是零,世界那么大,我为什么偏要吃这里的海鲜?

 

福岛事故对中国意味着什么?国人大可不必担心日本的核污染波及中国。然而中国仍然在大干快上核电站,就需要三思而行了。中国的核技术,据说比福岛的更安全,然而意外总会发生,只要是人就总有一天会犯错误。更何况,一旦发生战争,敌人急了眼,什么事儿都能干出来。到时候假如敌人说一枚巡航导弹找错了目标,我们要不要用核武器去报复?

 

一旦发生核泄漏,以现代人脆弱的神经,肯定全社会慌乱,谣言满天飞。到时候如果有科学家出来说,大家别慌,你一时半会儿不会死的,一定会被骂得狗血淋头。果壳网本来还算不错的科普媒体,这次出来说福岛的事儿其实没那么严重,很快被人扒出有日本人的投资,在为日本人说话。

 

如果不出事,核能是很干净的能源。然而处理核废料很头疼,而一旦出事,麻烦就大了。福岛的清理需要40年,将耗资超20万亿日元。个人认为,核能得不偿失。

 

如果想利用核能,太阳公公每天都在燃烧核能,不会污染到我们,他老人家还不收我们建设费,取之不尽用之不竭。太阳能和来自太阳能的风能才是未来的能源。

 



【作者简介】戴瑾,为博雅科技科普群群主。毕业于北京大学物理系,通过李政道教授主持的CUSPEA项目留学美国。就读于德克萨斯大学奥斯汀分校,加入诺贝尔奖得主温伯格教授研究小组,从事高能物理理论研究,1990年获博士学位。从事物理学研究期间,曾发表被引用上千次的重要学术论文十余篇。从1996年开始,从事IT行业工作。


(博雅书院群友原创,转载务请注明作者及出处。)


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