世界可能重新拥抱核能，尽管它还不是绝对安全 ｜ TECH TUESDAY
人们对核能的态度，在过去两周发生了 180 度转变。
文 | 贺乾明
编辑 | 黄俊杰
周日傍晚，8 架战斗机从西侧低空接近，接近目标后急速爬上 2000 米高度，向核电站俯冲。
夕阳遮蔽防御者的视线，45 秒内，18 枚炸弹先后击碎了钢筋混凝土浇筑的安全壳、命中核反应堆。2 分钟内，核电站被摧毁。
幸运的是，这不是上周末人们所担心的景象。以色列在 1981 年对伊拉克核电站的这次空袭，没有造成任何核辐射外泄。当时伊拉克的核电站接近完工，但没有正式运营，核燃料没有因爆炸产生污染。
出于显而易见的原因，1981 年那场代号 “歌剧院” 的行动遭致全球范围的谴责，其盟友美国的多份大报刊也刊发了措辞严厉的评论。后来又赶上切尔诺贝利核反应堆爆炸、福岛核燃料泄漏，许多国家对可能引发巨大灾难的核能丧失信心。
但当核电站安全风险在上周再次被全世界关注时，人们对核电风险的态度有了 180 度的转变。
情绪蓄积已久。随着过去一年石油、天然气价格创下历史新高，国际原子能机构就调高了核电预期：到 2050 年，世界核电发电容量将比 2020 年多一倍，比头一年的预期值高了 10%。
过去两周，人们对核电的关注更甚。国际能源署建议欧洲推迟关停核电反应堆，削减对天然气的需求。欧洲每年要从东边进口超 40% 的天然气。
原计划在今年彻底断掉核电的德国，也开始重新讨论延期关停核电站甚至重启旧的核电站。就连热衷以用太阳能解决人类能源问题的马斯克也在社交媒体上说，把丢掉的核电捡起来，“对欧洲的国家和国际安全至关重要”。
一度考虑削减核电的法国决定建更多，今年 2 月份宣布投资近 600 亿美元，在 2028 年新建 6 个核反应堆，之后再追加 8 个。十多个欧盟国家宣布把核能纳入清洁能源计划。
重新拥抱核能的不只是欧洲。2 月份以来，美国最大的电力公司决定造核电站，菲律宾也在废弃核电近 40 年后重启核能。
第一座商业核电站接入电网已经有近 70 年，人类经历三次超大型核电站事故和各种小事故。有些人看到了核电站如何才能更安全，有些人看到了没有核电站才最安全。
但越来越多的人要试着接受与核电站当邻居的事实。《Nature》杂志曾估计，2011 年，全球有 435 个核反应堆，超过 5000 万人生活在核电站附近 30 公里范围内——这是切尔诺贝利事故后疏散人群的范围。
随着欧洲复兴核电走进现实，亚洲新兴国家将核电放到重要位置，核电站将会出现在更多人的视野中。
这 70 年里，核电站的设计和运行也发生了许多变化。我们将在未来验证，今天的核电站是不是已经足够安全。
围绕核电站，有三道安全屏障
现在的核电站运作基础是核裂变。核燃料（铀-235）的原子核被一个中子撞击后，就会分裂为两个更小的原子核和两到三个中子，这些中子会去撞击其他的核燃料原子，就会持续产生裂变。
每次裂变反应发生时，会有能量释放，其中的一部分是热能，可以像烧煤或天然气那样去发电。
与此同时，还有核辐射诞生，这是核电站运行中最危险的东西。
人如果暴露在高剂量的核辐射下，会诱发癌症和其他健康问题。国际原子能机构预计，切尔诺贝利核事故泄露出来的辐射，额外让 4000 人患上了癌症。
核裂变产生的辐射泄露后很难阻挡，它是无形的，以光速传播、穿透力极强。切尔诺贝利核电站的事故，轻量核辐射波及大半个欧洲。
图：运行最多的 “压水堆” 核电站工作示意图。红色是有辐射区域。来源：维基百科。
核电站的多数安全设置都是为了隔绝核辐射。这是一个人与系统风险、人与自己的博弈。而历史上出现的重大核电站事故，就是博弈失败、核辐射越过屏障逃逸的下场。
目前主要有三道屏障：
1. 第一层是容纳核燃料的长数米、直径为 1 厘米的细长棒状物。棒的成分是锆或某些合金，称为包壳（qiào），同样用来阻拦辐射物质释放。燃料棒用金属定位托架捆绑在一起成为 “堆芯”，中间留几毫米的缝隙，方便冷却液（基本是水）流动，带走核燃料释放的热量去发电，同时降低燃料棒的温度，防止堆芯因高温融毁、造成核辐射泄露。
图：核反应堆中的燃料棒。来源：国际原子能机构。
2. 第二层屏障是包裹、固定堆芯和其他零部件的“反应堆压力容器”，通常是加入多种物质铸造而成的钢板。它们要承受核燃料裂变释放出来的高温和高压，时间长了会变脆，就像饼干那样，容易裂开。因此 “反应堆压力容器” 都有使用期限，早期大多是 30 年——这也决定了一个核电站寿命。
3. 最后一道屏障是安全壳，由 1~2 米厚的钢筋混凝土浇筑而成，在 “反应堆压力容器” 损坏后，防辐射外泄。为了安全起见，有些核电站还建了两层安全壳，比如中国的 “华龙一号”。但切尔诺贝利核电站在 1986 年发生事故时一层都没有，证明只有 “反应堆压力容器” 难以阻绝辐射。事故后切尔诺贝利核电站建了安全壳，被称为 “石棺”。
图：切尔诺贝利事故后修建的石棺。来源：国际原子能机构。
只有前两道屏障很难隔绝辐射。人类历史上第一次大型核电站事故发生于 1979 年的美国三哩岛核电站，当时核电站反对堆的冷却系统出现故障，核燃料的高温直接把包壳融毁，核辐射泄露。
但这次事故没有让大量的辐射泄露到外界，是因为外侧屏障发挥了作用，它们是隔绝核辐射的关键。
切尔诺贝利核事故发生后，人们第一次感受到了核辐射会如何摧残人类的健康和土地。但它更多被当成一个特例，太多人为缺陷：没有安全壳、缺少防火设施，工作人员操作出现严重失误。
之后，行业给核电站划出运作红线：只要有风险，就立即停下。1995 年，日本的文殊核电站的反应堆冷却系统出现故障，虽然很快被控制住，但它也失去了再运行的可能。
核电站的防护措施随着各种事件发生持续增加。比如 2001 年的 911 事件后，大多数核电站增加防卫力量，防止恐怖分子袭击。之后多年间，核电站也增加了防御网络攻击的能力。
漏洞往往赶上灾难才会暴露
2011 年 3 月 11 日下午，日本本州的东北海岸发生 9 级地震，福岛第一核电站的 3 个正运行的核反应堆自动停机以抵御风险。
但核燃料像一个燃烧中的煤球，就算让它停止裂变，还是会持续释放大量热量和辐射，必须要把它冷却下来。因此核电站会设置一个冷却系统，持续给堆芯降温。核电站停止运行后，这个系统还要持续运行。
地震毁掉了福岛第一核电站冷却系统的外部供电系统，但应急的柴油发电机还可以使用，直到 50 分钟后，高近 15 米的海啸扑过来，让核电站彻底没了电力供应，“堆芯” 和 “乏燃料池”（燃烧过的核燃料，仍有热量和辐射，需要妥善处理）无法冷却。
抢险人员用了其他方式挽救，但高温的堆芯还是融化了包壳、反应堆压力容器，破坏安全壳，核辐射大范围外泄（甚至到了北冰洋）、酿成灾难。
图：2011 年 3 月 16 日，航拍日本福岛第一核电站。
这次事故摧毁了人们从切尔诺贝利核电站事故中恢复的信心，中国、美国、瑞士等国家呼吁，彻底检查正运营的核电站。
人们有方法避免以后发生类似的事故，比如不在地震、海啸容易发生的区域建设核电站。但越来越多反核人士涌现，通过游行迫使想建核电站的政府接受：最安全的方式是让核电站消失。
尽管那些年石油价格持续上涨，福岛核电站事故后，日本附近的马来西亚和泰国等国家放弃核电站计划，德国立即关了正在安全检查的核电站，并宣布 2022 年底关停所有核电站。
就连 1970 年代打着 “没有油、没有煤、没有气、没有选择” 的口号兴建大量核电站、核电在电力供应占比超过 70% 的法国，也在 2015 年提出削减核电的计划：到 2035 年，核电占比降到 50%。
据国际原子能机构数据，2011 年以来，全球运营中的核电反应堆数量保持在 440 个上下，几乎没有增长。
终极的安全核能 “理论上” 存在
核电缓慢发展的局面，在福岛核电站事故 10 年后开始扭转。随着汽车从消耗石油转向用电，人类社会运转对电力需求越来越大。
据国际能源署数据，2021 年，全球电力需求同比增长了 6%，绝对值增加了 1500 太瓦时 (TWh)，为十年来最高。这一年的增幅相当于北京 10 多年的用电量。
如果用煤炭去满足一年的增长，需要燃烧掉约 1.8 亿吨煤矿，增加约 5.3 亿吨二氧化碳排放。如果用风电填补，全球需要把风电设施翻一番——这还只是满足一年增加的量。而如果建设核电站，只需要多消耗 2200 吨核燃料。
人们用来发电的选择不多：许多国家承诺减排二氧化碳，煤炭和石油不能再用更多；天然气被控制在少数国家中，且供应越来越不确定，不再是最理想能源；至于风电、太阳能发电和水电，则容易受到地理位置和天气状况限制，很难稳定供应电力，而且快速扩张较难。
越来越多的国家相信：核能，是目前的最佳选择。
在欧洲的核电复兴前，亚洲国家是兴建核电站的主力，目前有 53 个核反应堆正在建设中——有 33 个在亚洲（中国有 15 个），16 个在欧洲。
科学家和工程师们也在想办法让核电更安全，主要思路是彻底隔绝核辐射——比如逐步走向市场的新型核反应堆中，核燃料用新的材料（两层热解碳，中间有一层碳化硅）包裹，可以抵抗核反应堆的高温融毁、隔绝辐射外溢，目前已经用到中国山东的石岛湾核电站中。
但此前用旧技术建设、风险较高的核电站，可能还会运行数十年。
在寻求更安全的核裂变发电外，越来越多的人将目光投向了迸发能量更多、辐射排出极少、跟太阳同款的可控核聚变。它被视为人类能源的终极解决方案。
而且核聚变不用像核裂变那样，需要投入上亿美元（单个核电站）处理乏燃料。
但在地球上实现核聚变比核裂变难多了：在高温（理论上要超过 1 亿度）和高压环境中，把燃料（氘和氚）持续约束在一种极度不稳定的等离子体物质状态中。
1950 年，苏联的科学家们创造出了一个叫 “托卡马克” 的装置，尝试用磁场约束核聚变的过程，是目前被认为可能性最大的一种路径，但目前还没有哪个国家实现这一点。
图：目前最大的托卡马克装置， Joint European Torus (JET)。
这两年，人们更关注能源问题，有很多创业公司也看上了核聚变。去年 11 月以来，核聚变领域的创业公司融资额超过 20 亿美元，投资方包括比尔·盖茨、乔治·索罗斯等。中国一家核聚变创业公司能量奇点，今年 2 月拿到了米哈游和蔚来资本领投的 4 亿人民币。
最新的突破是人工智能带来的。2 月份，研发出打败围棋世界冠军的人工智能机构 DeepMind 在《Nature》杂志上发布了人工智能用于核聚变的成果。它可以每秒调整上千次磁线圈中的电压，确保等离子体永远不会触碰到容器造成损害。DeepMind 称，这为推进核聚变研究开辟了新途径。
1952 年，人类实现了不可控的核聚变，美国在埃卢格鲁博珊瑚岛上引爆了第一枚氢弹。不过控制核聚变进展极为缓慢。从新墨西哥州沙漠里第一枚核弹爆炸，到第一个用于发电的核反应堆诞生只花了 3 年。
但氢弹爆了 70 年以后，虽然进展不断，人们始终保持期待，并设下核聚变用来发电的时间表，但一直看不到成真的希望，以至于有人调侃称，“人类距离可控核聚变始终都有 50 年”。
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