3月22日，身穿防護(hù)服的工作人員向福島第一核電站受損的4號(hào)反應(yīng)堆注水，以進(jìn)行冷卻。新核電站設(shè)計(jì)依靠集成的被動(dòng)安全系統(tǒng)在發(fā)生斷電故障時(shí)進(jìn)行冷卻，但這種核電站的發(fā)展較為緩慢。

　　新浪環(huán)球地理訊 北京時(shí)間3月28日消息，據(jù)美國(guó)國(guó)家地理網(wǎng)站報(bào)道，世界正處在核能大規(guī)模擴(kuò)張的邊緣，面對(duì)剛剛發(fā)生的日本福島第一核電站危機(jī)，我們不得不提出這樣的疑問(wèn)，新建造的反應(yīng)堆在出現(xiàn)電力故障時(shí)的安全性能否超過(guò)福島核電站？這個(gè)問(wèn)題的答案似乎是“未必”。福島核電站是日本歷史最為悠久的核電站之一，電力故障導(dǎo)致反應(yīng)堆溫度升高到危險(xiǎn)程度并引發(fā)核危機(jī)。

　　被動(dòng)安全系統(tǒng)“少見”

　　采用被動(dòng)安全系統(tǒng)的反應(yīng)堆能夠應(yīng)對(duì)類似日本福島核電站發(fā)生的事故，即斷電導(dǎo)致無(wú)法泵水冷卻放射性燃料和乏燃料。然而，全世界在建的65座核電站中只有4座采用這種設(shè)計(jì)。(美國(guó)佐治亞州和南卡羅來(lái)納州的4座反應(yīng)堆仍處在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備階段，等待政府批準(zhǔn)。)

　　全世界在建的核電站中有47座反應(yīng)堆采用第二代設(shè)計(jì)，與上世紀(jì)70年代建造的福島核電站相同，沒(méi)有集成被動(dòng)安全系統(tǒng)。核電站運(yùn)營(yíng)商指出，即使最初設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有集成被動(dòng)安全系統(tǒng)，現(xiàn)有反應(yīng)堆或者在建反應(yīng)堆也可添加這種系統(tǒng)或者采取其他改進(jìn)措施。美國(guó)工業(yè)貿(mào)易組織核能研究所表示，南加利福尼亞州沿岸的圣奧諾弗雷核電站進(jìn)行了改進(jìn)，允許操作人員使用一個(gè)地心引力驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，在斷電情況下保證水循環(huán)以冷卻核電站。

　　但類似這樣的改進(jìn)仍存在局限性。核能研究所戰(zhàn)略計(jì)劃執(zhí)行理事阿德里安·海默爾表示：“需要為核電站準(zhǔn)備大量水，一旦發(fā)生地震，蓄水池將受到何種影響？”這也就是為什么要在最初的設(shè)計(jì)階段采用被動(dòng)安全系統(tǒng)。

　　全世界有哪些核電站通過(guò)采用引力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者其他安全措施加以改進(jìn)？我們沒(méi)有任何現(xiàn)成的參考資料。集成被動(dòng)安全系統(tǒng)的新核電站發(fā)展較為緩慢。核電站需要很長(zhǎng)時(shí)間獲得政府批準(zhǔn)，籌集資金，完成規(guī)劃和最終的建造。在當(dāng)前這個(gè)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，核電站的“慢節(jié)奏”顯得有些怪異。當(dāng)前的很多核電站采用了大量三四十年前研發(fā)的基本技術(shù)。

　　第二代仍唱主角

　　在日本福島第一核電站的6座反應(yīng)堆中，有5座采用通用電氣公司一項(xiàng)名為“BWR-3”(一種沸水反應(yīng)堆)的設(shè)計(jì)以及Mark 1安全殼系統(tǒng)。全世界有多達(dá)92座核電站在建造時(shí)采用沸水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，其中有32座裝有Mark 1安全殼系統(tǒng)。與在發(fā)展核能方面走在世界前列的美國(guó)和法國(guó)的所有核電站一樣，福島反應(yīng)堆也是第二代反應(yīng)堆。倫敦世界核能協(xié)會(huì)表示，第一代反應(yīng)堆在上世紀(jì)50年代和60年代研發(fā)。英國(guó)是唯一一個(gè)仍運(yùn)營(yíng)第一代反應(yīng)堆的國(guó)家，例如北威爾士的維爾法核電站。

　　海默爾表示，1979年的三里島核危機(jī)迫使人們對(duì)核電站設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)性和安全性重新進(jìn)行評(píng)估。他說(shuō)：“如果發(fā)生斷電事故應(yīng)如何應(yīng)對(duì)？你必須做到在燃料遭到破壞前恢復(fù)供電。”利用地心引力驅(qū)動(dòng)冷卻水進(jìn)入反應(yīng)堆容器便是在出現(xiàn)福島斷電故障時(shí)的一種應(yīng)對(duì)方式。想像一下，將一個(gè)蓄水池安裝在屋頂，打開水龍頭時(shí)利用地心引力讓水通過(guò)管道進(jìn)入廚房的水池。

　　在反應(yīng)堆內(nèi)，燃料產(chǎn)生的熱量會(huì)加熱空氣和水，導(dǎo)致它們通過(guò)管道進(jìn)入熱交換器。海默爾表示，如果發(fā)生斷電事故，一切都會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)類似福島核電站那樣冷卻系統(tǒng)失靈的情況。被動(dòng)安全系統(tǒng)可以為核電站操作人員爭(zhēng)取時(shí)間，尋找足以為一系列電池充電的大型發(fā)電機(jī)，重新啟動(dòng)水泵，將水泵進(jìn)反應(yīng)堆水池。

　　三代-plus是發(fā)展方向

　　在全世界運(yùn)營(yíng)的442座核電站中，只有15座采用第三代反應(yīng)堆。第三代反應(yīng)堆在設(shè)計(jì)上集成了被動(dòng)安全系統(tǒng)。日本和韓國(guó)各有4座第三代反應(yīng)堆，加拿大、中國(guó)和羅馬尼亞各有2座，阿根廷有1座。日本、中國(guó)大陸、臺(tái)灣、韓國(guó)、芬蘭、法國(guó)和俄羅斯在建的第三代反應(yīng)堆共有14座。

　　根據(jù)核能研究所提供的資料，當(dāng)前第三代反應(yīng)堆投入運(yùn)營(yíng)時(shí)間在1982年至2007之間，并非處在核技術(shù)的前沿。下一代反應(yīng)堆將是第三代-plus反應(yīng)堆，在發(fā)生事故時(shí)完全依靠被動(dòng)安全系統(tǒng)。利用地心引力、天然對(duì)流而不是電網(wǎng)、柴油驅(qū)動(dòng)或者電池提供備用電力，是應(yīng)對(duì)核電站冷卻系統(tǒng)面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)采取的關(guān)鍵舉措。世界核能協(xié)會(huì)指出，被動(dòng)安全系統(tǒng)不依賴于各組件的正常運(yùn)行、備用電力和操作人員控制，而是單純地依靠物理現(xiàn)象。海默爾說(shuō)：“一些完全采用被動(dòng)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至少能夠在失去交流電供電或者額外冷卻水72小時(shí)內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。”

　　世界上首批4座第三代-plus反應(yīng)堆正在中國(guó)建造。浙江省三門核電站的反應(yīng)堆預(yù)計(jì)可在2013年投入運(yùn)營(yíng)。美國(guó)也將建造4座第三代-plus反應(yīng)堆，現(xiàn)正處于現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備階段。其中有2座位于佐治亞州韋恩斯伯勒附近的南方公司沃格特勒核電站，另外2座位于南卡羅萊納州詹肯斯維勒附近南卡羅萊納州電力與天然氣公司的維吉爾·薩默爾核電站。

　　所有8座第三代-plus反應(yīng)堆均采用西屋電氣公司的AP1000設(shè)計(jì)，即循環(huán)冷卻鋼結(jié)構(gòu)安全殼周圍的外部空氣，借助地心引力驅(qū)動(dòng)安全殼頂部蓄水池中的水。西屋電氣發(fā)言人斯科特·肖表示，這一系統(tǒng)可進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)的冷卻。在此之后，一臺(tái)小型柴油發(fā)電機(jī)將提供電力，將現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存設(shè)施里的水泵入反應(yīng)堆芯和乏燃料池，每分鐘輸送的水量達(dá)到100加侖(約合378升)，可連續(xù)泵水4天。借助于AP1000，西屋電氣得以從第二代反應(yīng)堆升級(jí)為第三代-plus。

　　未雨綢繆應(yīng)對(duì)斷電

　　憂思科學(xué)家聯(lián)盟核安全計(jì)劃負(fù)責(zé)人大衛(wèi)·洛奇鮑姆表示，被動(dòng)安全系統(tǒng)賦予工作人員更多時(shí)間處理事故，通常情況下，更多的時(shí)間意味著能夠在面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)取得更大成功。但憂思科學(xué)家聯(lián)盟仍對(duì)正常冷卻系統(tǒng)失靈時(shí)間超過(guò)72小時(shí)的形勢(shì)感到憂慮。他說(shuō)：“這個(gè)時(shí)候，你仍然要面對(duì)如何恢復(fù)向水池泵水的問(wèn)題。”在發(fā)生類似福島核電站這樣的事故時(shí)，72小時(shí)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。海默爾表示這一系統(tǒng)可以借助消防車和水泵補(bǔ)充水。但對(duì)于福島核電站的第二代反應(yīng)堆，這種方式并不奏效，因?yàn)槔鋮s仍依靠核電站自身管道系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　海默爾稱，另一種第三代-plus反應(yīng)堆設(shè)計(jì)是通用電氣-日立核能合資公司的ESBWR(經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)化型沸水堆的英文首字母縮寫)，采用引力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)讓反應(yīng)堆芯保持被冷卻水覆蓋的狀態(tài)。在日本大地震和海嘯發(fā)生前，這一設(shè)計(jì)已在美國(guó)獲得批準(zhǔn)，9個(gè)月內(nèi)便可生效。3月9日，也就是大地震發(fā)生前2天，美國(guó)核管理委員會(huì)發(fā)布了ESBWR的最終安全評(píng)估報(bào)告和最終設(shè)計(jì)批準(zhǔn)書，原定于秋季正式生效。海默爾說(shuō)，但隨著福島核電站危機(jī)的發(fā)生，生效時(shí)間將很難預(yù)測(cè)。通用電氣-日立公司發(fā)言人邁克爾·特圖安希望公司能夠在秋季獲得核管理委員會(huì)認(rèn)證。ESBWR是他們采用被動(dòng)安全系統(tǒng)的第一款反應(yīng)堆設(shè)計(jì)。

　　特圖安表示，在等待政府批準(zhǔn)時(shí)，ESBWR將在印度建造，印度政府選擇了兩個(gè)地點(diǎn)。“我們負(fù)責(zé)一處，西屋負(fù)責(zé)另一處。”在美國(guó)，底特律愛(ài)迪生電力公司早在2008年便選擇了通用電氣的ESBWR設(shè)計(jì)，作為伊利湖湖岸費(fèi)爾米2號(hào)核電站的新反應(yīng)堆。

　　海默爾說(shuō)，福島核電站的備用系統(tǒng)未能在海嘯襲擊中幸免，ESBWR和西屋AP1000等新型反應(yīng)堆能夠更好地應(yīng)對(duì)這種災(zāi)難。它們并不依靠發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。福島核電站的工作人員需要控制很多閥門，一些新系統(tǒng)只有兩三個(gè)閥門?；诙研緭p傷頻率量度——計(jì)算事故導(dǎo)致反應(yīng)堆燃料熔化的可能性——先進(jìn)的被動(dòng)設(shè)計(jì)能夠讓沸水反應(yīng)堆的安全性比主動(dòng)系統(tǒng)高出10到100倍。

　　強(qiáng)化型排放口

　　面對(duì)大量運(yùn)營(yíng)中以及建造中的第二代反應(yīng)堆，監(jiān)管人員和操作人員經(jīng)常將目光聚焦在如何進(jìn)行改進(jìn)以提高舊設(shè)計(jì)的安全性上。在3月美國(guó)環(huán)境與公共委員會(huì)舉行的聽證會(huì)上，核管理委員會(huì)主席格雷戈里·杰茲克將迄今為止的核反應(yīng)堆運(yùn)營(yíng)與升級(jí)和改造有著20年之久的飛機(jī)系統(tǒng)相比較。他說(shuō)：“我們進(jìn)一步了解自己在哪些方面出了差錯(cuò)。”

　　海默爾表示，美國(guó)的所有沸水反應(yīng)堆均采用與福島反應(yīng)堆類似的設(shè)計(jì)，自上世紀(jì)90年代便采用所謂的“強(qiáng)化型排放口”。排放口允許反應(yīng)堆將蒸汽和壓力直接釋放到大氣中，同時(shí)借助過(guò)濾器過(guò)濾掉放射性物質(zhì)。在較為老式的設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化型排放口并不安裝在反應(yīng)堆，而是在反應(yīng)堆所在建筑內(nèi)。氫氣會(huì)在反應(yīng)堆所在建筑內(nèi)不斷聚集。

　　核能研究所力圖從日本官員口中獲得一個(gè)準(zhǔn)確答案，即發(fā)生事故的福島反應(yīng)堆是否裝有強(qiáng)化型排放口。“他們有很多事情處理，不太可能有時(shí)間向我們提供相關(guān)信息。”福島6座反應(yīng)堆中有4座發(fā)生爆炸，說(shuō)明氫氣在反應(yīng)堆所在建筑內(nèi)聚集。

　　三管齊下改進(jìn)抑壓池

　　Mark 1安全殼系統(tǒng)的安全性正面臨越來(lái)越嚴(yán)格的審查。3月16日，通用電氣公布了一份文件，強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)有著40年歷史的技術(shù)一直“不斷進(jìn)化”。通用電氣設(shè)計(jì)了一個(gè)“抑制”系統(tǒng)，用于降低環(huán)繞反應(yīng)堆芯底部的油炸圈餅形抑壓池內(nèi)的壓力。抑壓池內(nèi)的蒸汽泡沉入水下，幫助消除熱量。通用電氣表示，抑制系統(tǒng)能夠?qū)⒋笃莘至殉尚∑荩M(jìn)而快速冷凝，起到降壓作用。

　　在抑壓池內(nèi)，通用電氣還安裝了偏轉(zhuǎn)裝置，在設(shè)計(jì)上用于抑制和消除蒸汽進(jìn)入抑壓池并提高水位時(shí)產(chǎn)生的壓力波。通用電氣表示，他們同樣強(qiáng)化了鞍座式結(jié)構(gòu)——用于支撐抑壓池的類似于腿的結(jié)構(gòu)。美國(guó)核管理委員會(huì)要求對(duì)美國(guó)采用Mark 1系統(tǒng)的核電站抑壓池進(jìn)行這種加固，同時(shí)改進(jìn)排放系統(tǒng)。特圖安說(shuō)：“我們與海外客戶分享這項(xiàng)計(jì)劃，但我不知道他們是否進(jìn)行這種改進(jìn)。”

　　憂思科學(xué)家聯(lián)盟核能與氣候變化項(xiàng)目負(fù)責(zé)人艾倫·凡科表示：“我們將從福島核事故身上獲得很多我們必須吸取的教訓(xùn)，雖然目前還不清楚這些教訓(xùn)具體是什么。”洛奇鮑姆說(shuō)，福島核電站可能并沒(méi)有采取有效的安全措施，又或者采取了安全措施但未能起作用，不管是哪一種情況，我們都必須改進(jìn)安全措施。“在遇到十字路口時(shí)，人們應(yīng)該選擇正確的方向，或者找到新的十字路口，引導(dǎo)自己走上正確的方向。” (秋凌)