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【核能科技1】从秦山核电站到#世界第一环#
1985年,我国动工建设秦山核电站——压水堆核电站(隶属于第二代核电),它是我国首座自主设计和建造核电站。1991 年正式运营,秦山核电站结束了我国大陆无核电的历史。
在建设核电之前,我国是一个核大国,但却一直没有一座自主设计的核电站。秦山核电站,使得我国大陆实现了核电“零”的突破,成为世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。而我国的核电创新的脚步一路披荆斩棘,并且逐步朝着更先进、更安全的核电迈进。近段时间的一则新闻(最大整体环轧钢环“世界第一环”,即国家第四代核电项目所需关键核心设备——快堆2号支承环)宣告我国离第四代核电站建成已经不远。
那么核电站的“代”是怎么分类的?我们简单地叙述一下。
第一代核反应堆是“原型堆”,起着实验作用。苏联、美国、法国、德国等相继建成发电量和容量均不大的核电站,基本上属于实验室模型。至今,第一代核电厂基本已经退役。
1954年6月27日,苏联的奥布宁斯克核电站成为世界上第一座为电网发电的核电站,发电量约为5兆瓦。1956年8月27日,世界上第一座商业核电站在英格兰建成,并与国家电网相连。与其他一些第一代反应堆一样,该电站兼具发电和新生的核武器计划。
20 世纪 60 年代中期,在第一代核反应堆基础上,陆续建成各种类型的反应堆,如压水堆、沸水堆和重水堆等核电机组,70 年代石油危机促进了核电的发展, 目前世界上商业运行的核电机组绝大部分是在这段时期设计修建的——第二代核电站。第二代核电机组拥有比较完备的核安全法规和标准。
美苏核电事故(#切尔诺贝利#,#三哩岛核电事故#)重创了全球核电事业,加深了公众对核电安全的质疑。美国90 年代出台了一系列规范核电站的安全性和经济性。欧洲也表达了相似的看法。国际上通常把这一时期提出的核电机组称为第三代核电站,这一代核电站充分考虑 严重事故发生时的措施, 其安全性和经济性都有明显的提高。
#全球第四代核电技术#则是由美国能源部主导的发展计划。2001年, 以美国为首的一些发达国家联合成立了“第四代核能系统国际论坛”,立足于提高经济性、安全性、防扩散性、自然资源利用率以及在发电过程中消耗现有核废料的能力。尽管#日本核电# 事故阴影未散去,而且#日本核废水或将排入大海# 的话题一直受人关注,然而人们对于新一代核电技术的研发一直未曾停滞。
无论经历了多少的劫难,人们始终没有放弃追求更高效、更安全的方式利用核能。也祝愿我们国家在核电事业步步精进,再创辉煌。
图(1):最大整体环轧钢环“世界第一环”,即国家第四代核电项目所需关键核心设备——快堆2号支承环
图(2):核电站反应堆内部结构
图(3):未来城市核能供电畅享图
2019年,美国人拍了一个电视剧《切尔诺贝利》,讲的就是1986年切尔诺贝利核电站爆炸的事故。我看了这部电视剧之后除了感觉有一点点抹黑当时苏联高层的嫌疑之外,整体上还是很震撼的。电视剧里面把人们在面对核爆炸事故面前的无力,以及勇敢的基层劳动民众,为了全人类而英勇献身的大义表现得非常好。核污染到底是怎么回事?今天我们和大家聊一聊。
实际上核污染源于元素的放射性。理论上讲所有的元素都有放射性。比如我们常见的碳元素,有稳定的C12,也有不稳定的C14同位素,在漫长的历史当中C14的会发生衰变慢慢变成C12,这个过程中会放出射线,也就是所谓的放射性,所以理论上我们人体本身,吃的肉什么的,在理论角度都有放射性。注意,这是理论角度。科学家们研究这些放射性同位素衰变得快慢,以及衰变过程的能量和射线类型来做不同的用处。比如用C14的含量以及它的半衰期可以判断年代,在考古里面很有用。还比如一些放射性的治疗,CT、磁共振机都是利用放射性的例子。所以放射性在我们生活当中是无处不在的。在我们上课的时候,学到过这样的一个计算例题。我们吃的香蕉中含有一定量的放射性钾。根据香蕉里面的钾含量以及其放射性同位素的丰度,我们当时算的一根香蕉的放射剂量大概是0.01豪雷姆。当时我们对这个量和这个单位很陌生。后来老师跟我们说,一座核电站产生的公众年平均吸收剂量是0.2豪雷姆。也就是说,一年吃20根香蕉的量。那不吃香蕉行不行?我们吃的食物里都有放射性,香蕉只是资质平平的一个。所以核电站只要不出问题,基本对公众没啥影响。
那么说回核电站,其实它主要的存在的安全隐患是核泄漏与核废料。像切尔诺贝利、日本福岛以及美国的三哩岛核电站,都是因为事故才出的问题。美国和德国近年来也在放出消息说关闭核电站,是不是核电站就不好?先来说一说安全问题。美日俄出事故的核电站都是安全系数比较低的第二代核电站。毕竟他们发展核能比较早,早期的核电站安全系数低,核废料产生也比较多。他们的新一代核电站仍然是在大规模使用并且也在极力地推进研发。那么为什么核能如此重要呢?因为2012年的哥本哈根会议要求,各国要实现碳中和,也就是说,需要有新的能源来替代烧煤发电,尤其像我国这样一个人口大国。一个核电站的电量从理论上能供起一个200万人口的城市。可是我国政府一直是比较谨慎使用核能。前苏联的世界首座核电站是1954年,我们国家是1991年才开始有第一座,晚了37年。除了发展起步晚之外,还有一个重要原因就是我国到现在所有的核电站都是用的安全系数高于第二代核电站100多倍的第三代或者第四代核电站,虽然用得晚,但是我们技术赶超的快,成功建设了全球首座商业化的四代核电站——山东石岛湾核电站,并且为了提高安全系数,基本都是沿海建造。美国就很多是内陆建造。但是到今天,我们的核电也只有4%,远远低于世界平均水平18%。所以在核电站安全性有了保障以及碳中和的压力之下,大力发展核能也成了当下国家面临的重要课题之一。
大力发展核能,发展新能源实际上都是我们国家在新时代上开辟的新赛道。过去石油工业阶段我们国家由于历史原因加上本身贫油的缘故,整个在能源方面是比较被动的。现在国力强了,也正好赶上了好时机。从我们的角度,积极去了解核能,认清本质不再谈核色变,实际上对我们的生活和心情也是很有好处的。
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