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核电怎么了?

2021-05-10 15:03    核动力  核能  辐射剂量  核环保  核能利用

有一种电源不会释放任何温室气体或污染物,不会产生电力负荷,并且自1960年代就一直在使用。该动力源当然是核动力。如果世界转向核能(或更准确地说,如果我们没有停止在1980年代改用核能),我们将能够解决很大一部分的气候变化。但是由于某种原因,我们没有。


现代社会依靠电力运转。它点亮了我们的城市,运营着我们的工厂。但是,发电厂还是气候变化的巨大贡献者,更不用说以其他方式有害的其他污染了。但是事实证明,有一种电源不会释放任何温室气体或污染物,不会产生电力负荷,并且自1960年代就一直在使用。该动力源当然是核动力。如果世界转向核能(或更准确地说,如果我们没有停止在1980年代改用核能),我们将能够解决很大一部分的气候变化。但是由于某种原因,我们没有。

有些人可能将核电的衰落视为成功的环保运动以减少污染的证据。就在一周前的4月30日,纽约的印第安角核反应堆因一些环保组织的庆祝活动而关闭。但是,核电作为危险威胁的声誉有多少道理是合理的呢?为什么美国的核电一直在下降?要回答这个问题,我们必须从头开始,从根本上讲如何发电。

几乎所有的发电厂(太阳能电池板除外)都遵循“加热某些流体并使之旋转某种涡轮机”的一般原则进行工作。煤炭,石油和天然气发电厂燃烧的燃料将水加热成蒸汽,使涡轮旋转。地热发电厂对地下已经加热的水也做同样的事情。水力发电大坝等待太阳加热水,并在水循环中将其抬上山峰,然后使所述水在向下的过程中通过涡轮机。风力涡轮机利用太阳在大气中产生温度和压力差的优势,这会导致空气运动,从而使涡轮机旋转。

核电厂与煤炭,石油和天然气发电基本相同,不同之处在于,它们不使用火而是使用神奇的温暖岩石,也就是众所周知的“浓缩铀”来点燃火。核反应堆一经建造便会启动自持式核反应,该反应会产生热量,从而加热大量水,这些水可用于转动涡轮并发电。比较的第一点是以极慢的速度引爆核弹,但这给人的印象是错误的,因为核电厂绝对没有潜力成为核弹。核弹必须以非常特定的方式集中其核材料才能爆炸,这样核武器几乎不可能意外爆炸-它们不像传统爆炸药那样,单个火花可以炸毁一切。将核反应堆与核弹进行比较就像是将蜡烛与手榴弹进行比较。

“但是核电站不会产生大量危险废物吗?” 关于核能的许多讨论似乎都假设,如果我们要转向纯核能,我们将面临巨大的后勤挑战,即要存储大量的放射性废物。但是,实际上并不需要担心太多的核废料。据估计,在2010年,世界各地有25万吨我们通常认为是“核废料”的仓库。(这是“高放废物”,仅占2-6%在技​​术上被归类为核废料的;其余的94–98%是“低放废物”,例如在反应堆附近穿着的防护服;最初可能是放射性的,但可以在几年内安全地作为垃圾处理。)

无论如何,25万吨是一个巨大的数字,唯一的例外是它仅是3月份苏伊士运河上搁浅的那艘船的载重量的1.25倍,其载重量近20万吨。要明确的是,这不是每年的费用,自从我们开始进行核电以来,我们产生的所有危险废物都可以容纳到多于一艘超大型集装箱船中。再说一遍规模,25万公吨大约是过去三十分钟世界范围内生产的水泥量。显然,这不仅仅是我们不需要担心的事情-放射性废物需要一些特殊的存储程序,但这绝对不是扩展核电的障碍。

好的,所以核废料并不是看起来那么重要的问题。但是意外呢?一次工厂事故可能会杀死成千上万的人,对吧?人们在想到“核电站事故”时会想到三个事件:2011年的福岛第一核电站,1979年的三英里岛,最著名的是1986年的切尔诺贝利事故。但是,这些事件在大众的想象中所起的作用远胜于他们造成的危害。

在福岛第一核电站,例如,由里氏9.0级地震袭击,随后一个45英尺的海啸。反应堆按设计要求关闭,但备用发电机泵故障导致熔毁,随后发生氢气爆炸,从而向大气中释放出一股辐射。总死亡人数与辐射暴露有关吗?一名工人,于2018年死于肺癌。

据估计,放射流向疏散区的人口辐射了12-25毫西弗特(mSv)的剂量。(作为比较,美国人平均每年从自然资源和医学扫描中吸收约6.2 mSv,而发电厂工人的年暴露极限约为50 mSv。)WHO报告估计12-25 mSv的剂量已引起排除区域内的人从一生中罹患器官癌的风险从35%上升到约36%的风险。同时,辐射本身导致至少573人死亡,主要是由于压力,医疗服务中断和失去支持网络所致。换句话说,对事故的过度反应造成的死亡比事故本身造成的死亡要多得多。

在三哩岛事件是类似的。1979年3月28日,由于一系列故障,包括控制面板设计不佳,操作员失误以及安全阀卡住,宾夕法尼亚州东部三哩岛工厂的反应堆部分熔化,并排放了少量放射性物质。考虑到普通人每天每人要接受20 µSv的本底剂量,这种释放使受影响的人群获得了大约10 µSv(约0.01 mSv)的额外辐射-可以忽略不计。就对人民和对工厂工人的伤害而言,这实际上并非偶然。

最后,让我们看一下切尔诺贝利。切尔诺贝利是一场可怕的灾难,比福岛和三哩岛都要严重几个数量级。尽管维基百科有一个写得很好的解释,但是关于如何发生和为什么发生的确切机制有些复杂。1986年4月26日上午,管理,运营商以及最重要的设计失误链条非常长,导致切尔诺贝利核电站发生大规模爆炸,将大量放射性物质释放到环境中。在接下来的几周内,这场灾难因暴露于大量辐射中(有两名工人在爆炸中立即丧生)而杀死了28名工厂工人和消防员。2005年世卫组织的报告估计紧急响应者和生活在受灾地区的人们的预期总死亡人数为约4,000人死于癌症;一些报道称该数字更高。但是,根据2008年联合国的一份报告,唯一由灾难直接造成的死亡是那30名工厂工人和消防员以及15名与受污染的牛奶有关的甲状腺癌死亡。那么,这种差异的原因是什么?为什么福岛的估计风险同样可能过高?

问题在于,低辐射导致的死亡报告基于称为线性无阈值的模型。根据LNT的说法,暴露于放射线后癌症和细胞受损的风险与维持放射线的剂量成线性比例,并且没有最低安全剂量暴露于5 mSv辐射的人罹患50 mSv辐射的人罹患癌症的风险增加的比例为10%。这个假设是有争议的, 至少可以说。由于已经确定辐射会损害DNA,因此LNT的支持者认为,任何单个DNA损害实例都有同样小的机会滑过机体针对DNA腐败的内置防御系统并导致癌变。对LNT的批评者认为,人体可以一定速率修复DNA损伤,而且只有超过该速率,系统才不堪重负并引发癌症-因此,剂量率比绝对量重要得多或更多。从经验上讲,以一种或另一种方式获取良好的数据非常困难。

我们有明确证据表明会增加癌症风险,其最低剂量约为100 mSv,但要低于该阈值则非常棘手,因为需要大量的样本量才能获得如此高的纯统计噪声或长期效应。在切尔诺贝利事故之后(甚至在福岛事故之后),可能有非零人数的人死于癌症,否则他们将无法幸免。但是,估计确切的数字很困难,而且可能是不可能的。联合国关于切尔诺贝利的报告明确拒绝 提供平民死亡人数,并指出“低剂量区域的任何辐​​射风险预测都应被认为是非常不确定的,尤其是当癌症死亡人数的预测是基于对多年经历的大量人口的微不足道的个人照射时”(第66页)。

就是说,即使以世界卫生组织报告的切尔诺贝利事故造成的4,000人死亡的面值计算,甚至将福岛岛573例与撤离有关的死亡都算作是核电死亡,这在半个世纪的核电站中总共造成了数千人死亡。力量。确实,这些死亡中的每一个都是悲剧。但是与同等的化石燃料相比,核电实际上可以挽救生命。根据我们的数据世界,每产生1兆瓦小时的核电,就会发生约0.07人死亡。(一个兆瓦时足以一年为10万个美国家庭供电。)同时,一座天然气发电厂将杀死2.82人,其中大部分是空气污染造成的;一家燃煤发电厂将杀死25人。很明显,煤炭和其他化石燃料释放的温室气体将在未来几十年内通过气候变化杀死更多人。

但是,LNT模型存在一个更大的问题,那就是它可能会错误地估计死亡人数。在切尔诺贝利灾难之后,基于LNT的核安全模型造成了无数的创伤和痛苦,并继续引起核监管问题。例如,事实证明,这场灾难对欧洲乃至整个国家的儿童的发展残疾率没有影响。希腊大约有2500位母亲但是,事故发生后,由于产科医生的错误建议,他们终止了怀孕。恰巧受到切尔诺贝利事故影响相对较大的挪威土著萨米族驯鹿牧民突然发现,他们的传统狩猎作法充斥着剂量计和政府科学家。如果没有任何这些缓解措施或破坏措施,那么它们在最受污染的地区的年暴露量每年将额外增加3毫希沃特,大致相当于航空公司飞行员的暴露量。直到2012年,英国养羊户也遭受了类似的破坏; 如果这些情况没有发生,那么特别是大量食用羔羊的人每年将额外接受约0.05 mSv的剂量。因此,切尔诺贝利灾难的确在欧洲造成了无数的创伤和苦难,但其中很大一部分似乎并非源于灾难本身,而是来自过度的应对。

但是,以安全为名的繁重措施并不仅限于切尔诺贝利事故响应,考虑到事故初期的知识不足,这种响应在某种程度上是可以理解的。但是,当基于LNT的模型应用于核监管时,这会产生更大的问题,而核监管是没有这种借口的领域。正如我之前提到的,与癌症明显相关的最低辐射剂量约为100 mSv。可能由于这个原因,美国核电工人的年度辐射暴露极限是美国的一半。在50 mSv。但是根据LNT模型,没有最低的安全辐射剂量。因此,尽管最大剂量为50毫希沃特,但核设施有望将剂量保持在“合理可达到的最低水平”。听起来不错,对吗?除了“合理可实现的”是什么意思之外?通常,这意味着如果核电站的建设成本与其他电力模式相似,则预防措施是合理的。但这意味着,按照定义,核电实际上不可能与任何其他形式的电力在价格上竞争!核能比其他任何形式的动力所具有的任何效率优势,都将立即被更为苛刻的法规所抵制,该法规增加了成本,这不是因为事实证明它实际上使工人更安全,而仅仅是因为要求该机构强加它。如果您是电力公司,

需要明确的是,监管通常是一件好事。我并不是在建议我们完全放弃规则—毕竟,这就是导致切尔诺贝利灾难的原因。但是,有关核工业的一些规定是可笑的。例如,在将一个容器从乏燃料存储池运送到爱达荷州核设施的反应堆时,一辆叉车将少量池水滴在了柏油路上。燃料储存池中的水都不具有放射性。事实上,在一个游泳涉及接收少辐射比正常背景剂量高,因为水会阻挡自然发生的宇宙射线。但是,为了使辐射保持在合理可实现的最低水平,挖起了叉车路径上的所有沥青,并将其作为核废料掩埋,费用由纳税人承担。然后用naturally中天然含量稍高的沥青重新铺设该区域,使其比已挖出的材料更具放射性!

那么,这会把我们留在哪里呢?核电厂正在全国和全世界范围内退役。这些工厂通常被煤炭,石油或天然气发电所取代,后者会排放二氧化碳,污染物,并且在使用煤炭的情况下,其放射性要比同等的核电厂更高。(不过,两者的数量都很微小-每年煤炭最高可达0.02 mSv,而核能最高为0.0002 mSv。请记住,背景辐射暴露约为6 mSv。)部分原因是当地政治反对,因为很多人在后院想要核电站。但是大部分是价格。在过去的十年中,新电厂每兆瓦时的发电成本几乎每种形式的电力都变得便宜了,因为随着时间的流逝,我们学习了如何更高效地建造发电厂。煤炭价格从111美元涨至109美元。天然气从83美元涨到56美元。太阳能电池板大幅下降,从359美元跌至仅40美元(这将带来更大的影响,我稍后再讨论)。核,唯一的例外,增加了从$ 123至$ 155 自1996年以来,美国没有新的核电站建成,这不足为奇。监管和非理性恐惧基本上注定了该行业。

考虑到核电的潜力,安全性和清洁性,理论上答案是理所当然的。使法规更加合理,建造一堆核电站,并享受廉价,无污染和令人难以置信的安全电力。但是真的那么简单吗?这是东西。通常,我会尽力从逻辑上考虑问题。而且我可能比普通人对技术的怀疑要少得多。我不惧怕飞行,我会很高兴吃转基因食品,当实验室长出的肉变得可用时,我将排在第一位。我做了很多本文对核安全的研究。从数量上看,我了解到,从核电厂过马路过街生活得癌症的风险可能比过马路时受到汽车撞的风险要低。但是我住在那里会感到舒服吗?我真的不知道 辛普森一家,切尔诺贝利,原子弹,哥斯拉,有关小泄漏的新闻报导以及百万种其他文化方面,已经使我对蜥蜴脑深处永久存有对核问题的恐惧,更不用说整个人类的基本文化心理了。如果我无法克服恐惧,我为什么还要期待别人呢?我认为采用核能作为我们应对气候变化和污染的解决方案是不可能的,甚至是不希望的。

这是否意味着我们注定要遭受气候变化的困扰?如上所述,从2009年到2019年,新安装的太阳能的每兆瓦时价格下降了89%。陆上风力发电的价格下降了70%。现在,那些电源与最便宜的电源捆绑在一起,比最接近的竞争对手(天然气)便宜25%,是煤炭价格的三分之一。由于成本降低,可再生能源占2019年全球所有新电厂的72%。并且有充分理由认为这些价格(尤其是太阳能价格)将持续下降。到2050年,我们未来的自我可能会以与1990年的计算机相同的方式看待当前的太阳能价格和发电量,现在,价格下降并不意味着我们就走出困境,应对气候变化也许是人类有史以来面临的最大挑战。但是,很难高估改变游戏规则的廉价可再生能源的真正价值。十年前,解决气候变化的所有方法都涉及到大幅削减繁荣和生活水平,而这种削减是发展中国家永远不会接受的。但是,借助廉价,清洁的电力和进一步的技术创新,现在已经有可能解决气候变化并同时提高每个人的生活水平。因此,也许是时候让整个核辩论搁浅了。



图为技术

深圳核博会

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