核電是清潔安全能源——兼談日本福島核電站事故影響真相
引自陳思進策劃 龐忠甲著《能源超限戰》(2016年6月第一版)第四
原子核蘊藏著巨大的能量,1克鈾235完全裂變所釋放的核裂變能,相當於2.4噸煤完全燃燒所釋放的化學能。
核電站一般分為兩部分:利用原子核裂變生產蒸汽的核島(包括反應堆裝置和蒸汽發生系統)和利用蒸汽發電的常規島(包括汽輪發電機系統),所用燃料一般是放射性重金屬:鈾、鈈。
1942年12月2日,在美國芝加哥大學,物理學家費米(Enrico Fermi 1901—1954)啟動了世界上第一座核裂變反應堆。1954年,前蘇聯在奧布寧斯克建成世界第一座電功率5000千瓦試驗電廠;1957年,美國建成電功率為9萬千瓦的西平港原型核電廠。由此為始,核能發電(Nuclear Electric Power Generation)已有60多年的歷史,成為常規能源技術。截至2014年年底,全球共437台在役機組,總裝機容量3.75億千瓦;其中美國動力堆數99座,為全球最多;法國總58座,居第二(核電高佔全國電力供應的五分之三);中國共有23座動力堆(含實驗「快堆」)。2014年全球核能發電量為2.41萬億度,較2013年增長1.8%,約佔全球總發電量的10%。
該期間,經歷了70年代的快速發展時期,以及因1979年美國三里島和1986年前蘇聯切諾貝爾核電站事故所引發的停頓滯緩期。近些年,由於擔心核電站運轉的安全性、核廢料對環境的影響和核技術擴散對世界安全的影響,核能的發展十分緩慢。
人們常常從「核能」聯想到:災難、煩惱、厭惡、危險,以及輻射。
公眾對核能和核電站的了解有限,受原子彈惡名株連,以及對於核泄漏災難性後果的擔憂,導致很多以訛傳訛的錯誤觀點。使得人們對和平利用核能的各種裝置,如核電站、核供熱堆等產生誤解,「談核色變」,甚至在核電站和原子彈之間划上等號。
2011年3月11日在日本宮城縣東方外海發生9級地震、緊接引起海嘯,造成近2萬人死亡。同時福島第一核電廠發生一系列設備損毀、堆芯熔毀、輻射釋放等災害事件,為前蘇聯切爾諾貝利核電廠事故以來最嚴重的核電站事故。
原本在「全球暖化」及燃料價格高漲,可再生能源經濟競爭力不足的情況下,核能出現了復興趨勢,但日本福島事故再度大幅降低核電的競爭力、令核工業又陷入不景氣。2011年世界核能發電量同比下降4.3%。德國宣布所有的核電站將在2022年全部停運,成為近年來首個放棄核能發電的主要工業化國家,義大利和瑞士也相繼宣布將全面放棄核電。2012年9月,日本政府在「可再生能源及環境戰略」草案中,提出「早日擺脫依賴核電」的目標。計劃分兩個階段實現「零核電」。美國、法國等國家則堅持發展核電的既定方針;在中國和亞洲許多地區核能發展仍呈現強勁勢頭,中國依然維持從「穩步發展」提升至「積極發展」的態勢。
其實,迄今為止,民用核工業是最為安全的產業之一,核電站比幾乎所有的工業都要安全。
一般人以為煤炭和石油等燃料看似更安全,但從統計數據上看,它們更加致命。每年,成千上萬人因為採煤井下事故和職業病死亡。燃煤電站事故以及釋放污染的危害(導致肺癌等疾病)遠過於核電站。
在60多年的核能運用歷史中,不到100人直接死於核電站事故,及不上其他形式發電造成的傷亡人數的零頭。核電站周圍的輻射量也較火電站的為低。
1979年在美國的三里島核泄漏事故核能電廠反應堆熔毀,核電站內的118名職工無一傷亡,只有三人受到略高於季度允許劑量的照射,其餘都在職業控制劑量以內。外泄的放射性物質也更少,方圓80公里的200萬居民中,平均每人所受的放射性劑量還不如帶一年夜光錶或一年內看電視所受的劑量。
1986年前蘇聯發生切諾貝爾核電站核燃料泄漏事件,當場有兩人死於燒傷和接觸放射物,據聯合國報告和美國核管理委員會說,事故導致當天早上在現場的600名工人中有134人接觸的最高輻射劑量到達8萬到160萬毫雷姆(相當於800毫西弗-16000毫西弗)。這些人中,有28人在3個月內死亡,後續影響則未有確定性的報導,有消息稱:截止2000年底有不到50個人死於直接與核事故造成的核輻射;沒有證據表明受影響的人群的生育率下降,也沒有數據證明畸形增多。
切諾貝爾使用的是蘇聯設計的原始的石墨堆疊式反應堆,既沒有內層的壓力安全鋼殼,更沒有外層的厚重的混凝土安全殼。一發生爆炸,核燃料直接外泄,立即擴散到環境和大氣中。這種情況完全不同於美國和現在世界各地使用的反應堆結構,已不可能再度重演。
美國電力科學研究院進行了一項研究,對核反應堆和核廢料儲存設備的堅固性進行了測試,測試結果表明,現在使用的安全殼可以承受飛機、導彈衝擊,包括類似911襲擊事件強度的恐怖襲擊。
2011年3月日本福島第一核電站自遇險以來,發生4次爆炸,至今沒有人員死亡的相關報導。
世人關切福島事故核輻射泄漏的嚴重性究竟如何?
福島第一核電站於1971年3月開始投入運行,已經瀕臨退役;共有8台機組,其中1、2、6號機組(包括配備的沸水型反應堆)系由美國GE公司供貨,並由作者曾經工作過的EBASCO公司設計。建造年代雖早,但按當時的安全認識和美國設計標準,該電站所有反應堆外部均設置了鋼質安全殼。此次事故中,地震中斷了所有外部電源供應,堆芯冷卻系統失效,燃料棒的鋯保護層以至燃料棒本身開始融化,高溫下生成的氧化鋯和水接觸後,會不斷分解出大量的氫。此時為加強冷卻注入海水,沒有料到核燃料元件棒束已經處於裸露狀態,可能因鋯水反應導致氫濃度不斷上升,通過安全閥等渠道隨著水蒸氣泄出,突然在上方發生氫爆炸。爆炸摧毀了非耐壓的廠房外殼,而非安全殼,這就是此次核事故有大驚而無大險的原因。
是泄出的水蒸氣帶出的核輻射,其實與爆炸並無關連。
這種核輻射對人體有害嗎?
自然界中放射性是到處存在的,人們一直在接受天然本底的輻照,天然輻射的「本底」有兩個來源:一個是高能粒子形式的輻射,它來自外層空間,統稱宇宙射線;另一個來源是天然放射性,即天然存在於普通物質(如空氣、水、泥土和岩石)中的放射性輻射。另外還會接觸到各種人為的輻射,如X光檢查,看電視,使用微波爐等。人類的吃、用、住、行都會接受微量的放射性輻照。
在放射醫學和人體輻射防護中,輻射劑量的單位有多種衡量模式和計量單位。其國際標準單位是希沃特,記作Sv。定義是每公斤(千克、kg)人體組織吸收1焦耳(J),為1希沃特。
希沃特是個非常大的單位,因此通常使用毫希(mSv),1mSv=0.001Sv。此外還有微希沃特(μSv),1μSv=0.001mSv。福島核電站泄漏,在最嚴重的3月12日下午,監測到的數據是每小時1015微希(μSv),即1.015mSv。這約相當於每個人半年內接受的天然輻射,10次X光檢查接受的輻射。
輻射劑量與效應
按照國際安全標準,人身照射劑量限值如下:
職業照射劑量限值:應對任何工作人員的職業照射水平進行控制,使之不得超過下列限值:1)由監管部門決定的連續5年的年平均有效劑量,20mSv;2)任何一年中的有效劑量,50 mSv。
公眾照射劑量限值:實踐使公眾中有關關鍵人群組的成員受到的平均劑估計值不應超過下述限值:1)年有效劑量,1 mSv;2)特殊情況下,如果5個連續年的年平均劑量不超過1 mSv/a,則某一單一年份的有效劑量可提高到5 mSv。
福島事故泄出的微量核輻射,主要是在釋放水蒸氣過程中所帶出,這也說明爆炸並未傷及核心密閉結構。不過在新聞傳播的過程中,不知為何搞錯了單位,微希被報道成毫希,1小時1000毫希已經是輕微輻射病劑量,因而引發了很大的的恐慌。
中國大陸:福島核事故輻射擴散至全中國,3月底,國家核事故應急協調委員會公布先後在東北、華東、華南和西部大部地區空氣中監測到人工放射性核素碘-131。新華社引述國家核事故應急協調委員會稱,由於放射量少於岩石、土壤、建築物、食物、太陽等自然輻射源形成的天然本底輻射量的十萬分之一,相當於乘搭航機飛行2000公里所受宇宙射線照射量的千分之一,是相當少的量,不會影響環境和公眾健康。
香港:3月26日,香港天文台首度在境內檢測到微量碘-131輻射,當局表示輻射塵可能隨大氣環流繞地球一周後到達香港,但輻射量已被大幅稀釋,人類大約要吸入200年才等於照一張X光片所吸收的輻射。4月1日,香港錄得的碘-131輻射量比26日上升了12倍,約每立方米828微貝可,其後當局在香港空氣樣本中首度驗出銫-137,但仍屬極低水平。
台灣:4月1日,「中華民國」行政院原子能委員會發布消息指出,於3月22日至28日在台灣南部及北部連續收集到的空氣樣本中,驗出微量的碘-131,約當每年呼吸暴露劑量0.01微希沃特,對人體無危害。
北美、北歐多國:先後測得微量輻射,但濃度十分低。其中美國東西岸多座城市雨水中更含放射性碘-131。而在加利福尼亞地區還檢測到略微高於平常值的放射性硫,但不太可能損害人類健康 。在加利福尼亞的的放射性銫-134和銫-137水平稍高,可能是隨藍鰭金槍魚的遷徙帶來。
國際原子能機構(IAEA)專家調查團在6月份發布長達160頁的報告顯示,福島事故後未發現任何核輻射影響健康的事。報告稱,「迄今為止,在任何一個人身上,都沒有可以確認的,由於暴露在這次核輻射中而使健康受到影響的案例。」
注意,這不僅僅是說「沒有人因核輻射死亡和患病」,而是說連因核輻射「健康受到影響」的情況都沒有。實際上顛覆了一般人對「核輻射可怕結果」的想像。
報告中提到,日本政府已建立了專家團來評估核泄漏風險和對民眾健康進行觀察,專家團的成員還包括來自福島縣立醫科大學以及遭受過原子彈轟炸的廣島、長崎等地大學的學者。可以認為,這個結論是可信的。
媒體上曾報導福島50死士:沒有一人死於核輻射。
曾經出現「福島50死士中已有5人死亡」、「70%的人員可能會在2周內死亡」等說法,並得到廣泛的傳播,不過很快也證實,這兩種說法都是不實謠言。然而,雖然迅速死亡是錯的,但既然有「死士」的稱謂,連對健康的影響都沒有嗎?
對於在前線搶險的這批工人,報告里對他們的狀況有專門描述。「有30名福島核電站的工人在作業中受到了100至250毫西弗劑量的輻射。這個劑量雖然顯著,但不會造成任何即時的物理損害,只是有可能會略微增加以後他們患上疾病的風險」,顯然,這30名工人已經是受輻射劑量最多的了,目前沒有任何損傷,對他們將來患病風險的預期也相當保守。其他的數百位工人受到的影響肯定就更小。
在早先的報道中,還提到過3名工人在作業時不慎把腿部浸泡在了核污染過的水中,當時懷疑會被輻射燒傷。但實際上,經過4天的醫院護理後,他們就出院了,報告稱不存在對他們構成長期顯著危害的可能性。
或許有讀者會質疑,以上報告是當年發表的,後來是否會有所不同?
2015年8月底,IAEA發布了關於福島核泄露事件的最終報告。這份報告在「健康效應」一節中,確認「在工作人員或公眾成員中沒有觀察到可歸因於該事故的任何早期輻射誘發的健康效應。」換言之,核泄露4年半以後,依然沒有人因輻射患病,更不要說死亡了。
那麼長期健康效應又如何?對於公眾,報告贊同的結論是,「預計受照公眾成員及其後裔的輻射相關健康效應發生率不會有明顯的增加」,對於接受了100毫希或更高有效劑量的工作人員群體,則是——「預計未來會增加罹患癌症的風險。然而,預計這批人員的癌症發病率的任何增加都不可能覺察到,因為很難參照癌症發病率的正常統計波動來確認這樣小的發病率」。
在核泄漏早期,有人觀察到輻射引起當地兒童甲狀腺異常現象,報告則明確稱,「在調查中發現的異常不太可能與該事故的輻射照射有關,而最有可能表示在該年齡段兒童中自然發生的甲狀腺異常。」
此外,報告還提到,「沒有觀察到而且預計不會發生產前輻射效應,因為所報告的劑量大大低於這些效應可能發生的閾值。未見報告可歸因於輻射情況的意外終止妊娠現象。」
所以權威機構的結論就是,福島核泄漏事件,並未因輻射致人患病或死亡,產生的長期負面健康效應也相當低。
在其他媒體報道中,倒是有過兩位福島工作人員死亡的消息,但據調查,他們的死因是分別是「過勞死」和白血病,即使是白血病這位,生前受到輻射的劑量也很小,患上白血病是其他原因,並非因為這次核泄漏。
可以說,這些仍在處理核事故的東電員工儘管背負很大的精神、體能壓力,但核輻射對他們的影響其實相當有限。到目前為止,直接因為核事故而死亡的仍為2人,都是地震當天在核電站意外身亡的。
輻射沒有帶來死亡,但據統計,有約1600人因疏散帶來的壓力死亡。比如當時日本政府把患者撤離了醫院重症監護病房並轉移到高中里,還有把養老院的老人也進行了轉移,這些行為導致了部分脆弱人群的死亡,此外還出現了不少自殺者。
這些死亡部分可以歸屬於地震、海嘯與核泄漏導致的心理創傷造成的。這就是為什麼在醫學物理學家莫漢·多斯博士看來,並不是輻射本身造成了多大的災難,而是「對輻射的恐懼最終造成了人們的死亡。」
2015年10月,隨著距核事故發生之日越來越久而逐漸淡出公眾視線的日本福島第一核電站再次成為世界各大媒體的熱點話題,原因是日本政府日前宣布,認定一名參與核電站事故搶險而遭輻射的男性罹患白血病屬於工傷。
對於這則消息,國內許多媒體解讀成「這是日本官方首次承認福島核電站輻射致癌」。
厚生勞動省介紹說,這名患白血病的男子在2011年11月至2013年12月期間,有1年6個月時間在多家核電站工作過,其中2012年10月至2013年12月參與為福島第一核電站核反應堆安裝防護罩的工程。他累計遭輻射的劑量是19.8毫希,其中在福島第一核電站遭受的輻射是15.7毫希。
此次白血病屬於工傷的認定依據的標準是1976年制定的,條件有二:一是年累計遭受輻射劑量超過5毫希;二是開始遭受輻射後經過1年以上才發病。該男子滿足這兩個條件,且未找到在核電站工作以外的原因,因此認定為工傷。厚生勞動省還強調,並不是說年累計遭輻射5毫希沃特就是發病的界限值。
目前,核電站工作人員年累計遭受輻射劑量的限制值是50毫希沃特。
厚生勞動省還說,國際上普遍認為,就癌症來說,100毫希以下的低劑量輻射的影響小到會被其他要素的影響湮沒。證明其影響明顯增加健康風險非常困難。
就工傷認定,厚生勞動省表示:「從補償勞動者的角度出發,制定工傷認定標準,符合標準的,經醫學研討會協商,只要工作以外的原因不明確,就認定為工傷。」
因此這唯有的一例「日本官方首次承認福島核電站輻射致癌」,充其量只能說是「疑似」而已。
2015年10月,日本岡山大學教授津田敏秀在學會雜誌上發表分析結果稱:「福島縣兒童的甲狀腺癌發病率與日本全國相比達12倍以上。」
一些科學家們快速地嚴厲批評了這些危言聳聽的解讀。根據幾名流行病學家的說法,他的分析方法存在一種根本性錯誤:將利用先進的能夠檢測其他方法不能檢測到的(結節或囊腫)生長的超聲波設備獲得的福島調查結果與對具有腫塊或癥狀的病人進行傳統臨床檢查發現的每百萬人大約3例甲狀腺癌進行比較。英國曼徹斯特大學流行病學家Richard Wakeford在代表有11名成員的WHO專家工作小組針對福島健康結果寫道,「將福島篩查項目中獲得的數據與從日本其他地方(大體上還沒有進行大規模篩查)獲得的癌症登記數據進行比較是不恰當的。」
不僅如此,輻射激效理論還認為,低劑量的輻射可以降低患癌的風險。生命是在有輕微放射性的環境下演化出來的,一些實驗和動物研究也顯示,暴露在低劑量的輻射下能會使人體釋放出保護性的抗氧化劑,刺激免疫系統,原則上這對所有類型的癌症都可能有預防作用。
可以認為,福島核事故的危險不是輻射,而是恐懼。
對日本而言,超過8成的能源都需要從國外進口,從1973年石油危機開始,核能就成了日本能源發展戰略的重頭戲。福島事故發生前,日本全部50多台核電機組生產的電量佔到日本總用電量的30%。事故發生後,由於核電站全部停運,核電發電量也隨之降至零。
儘管日本公眾對核電並不信任,但安倍政府、電力公司以及很多地方政府都在推動核電重啟。他們的理由是:核電可以減少碳排放,也可以讓日本減少對他國的能源依賴。目前已開始重新審批,有7台機組通過審批,其中有2台正式重啟運行。
截至目前,世界上一共發生了上述三起嚴重核電事故。實際上,除了切爾諾貝利事故以外,核電站沒有發生過可以確認的與核有關的人員死亡事故。就人員傷亡的概率而言,大大低於其他發電行業、汽車運輸業、航空業;更大大低於礦山,建築等行業。
目前世界正在運行的核電站反應堆基本上屬於第二代反應堆或其改進型,核反應堆芯發生熔化的概率不大於十萬分之一,放射型大量釋放的概率不大於百萬分之一,而且第三代反應堆的安全性將提高一個數量級,核電的安全性大大提高。
與傳統的火力發電相比,一座100萬千瓦的核電站,每年補充30噸核材料,但同功率的火電站,每年需消耗250萬噸煤或160萬噸石油。核電雖然一次性投資大、建設周期長,但核能發電的成本已低於燃煤、油或天然氣的火力發電成本。從長遠看,經濟效益確定優於火電。
核電遠比火電清潔,不排放任何有害氣體和其他金屬廢料,放射性物質對周圍居民影響也比煤電少。據測算,全世界的核電站同燃煤電廠相比,每年可為地球大氣層減少1.5億噸二氧化碳、190萬噸氮氧化物和300萬噸硫化物。如核發電最發達的法國,1980年核電比是20%,1986年上升到70%,在此期間發電總量增加了40%,而排放的二氧化硫減少了56%,氮氧化物減少9%,塵埃減少36%。
核能和平利用,不僅具有很高的安全性,而且是一種經濟、清潔的能源。
使用核能,人們除了擔心核放射性污染,還須面對核廢料的處理問題。核廢物指的是含有放射性核素或被放射性污染的,並且今後不再被利用的物質。
目前,大部分處理手段是將核廢料進行固化後,暫存在核電廠內的廢物庫中,經過5-10年冷卻、積累後運往國家規劃的放射性廢物庫,用化學方法對冷卻一定時間的核廢物進行後處理。回收其中的鈾和鈈再進入核燃料再循環,將分離出的高放射性裂變產物等固化,進行地質深度埋藏處置。
為避免對當地環境造成不良影響,高放射性核廢料必須經過嚴格的處理過程。這些核廢料首先要被製成玻璃化的固體,然後被裝入可屏蔽輻射的金屬罐中,最後將這些金屬罐放入位於地下500-1000米的處置庫內。由於核廢料的半衰期從數萬年到10萬年不等,在選擇處置庫時必須確保其地質條件能夠保障處置庫至少能在10萬年內安全。
經過固化和地質處理的核廢物,不能完全防止長時間地質變化而造成泄漏。為此發展產生了「分離-嬗變」技術,這是是一種可以將核廢物中長壽命的放射性核元素轉成短壽命的,甚至能將放射性的元素變成非放射性的技術。所以利用嬗變技術處理核廢物,可以減小深地質處置的負擔,但它不可能完全代替深地質處置。
世界各國幾十年來對高放射性核廢料處理技術進行了廣泛的研究,經過對各種方法評估比較後,深地質處置法總是最佳選擇,即將高放射性核廢料保存在深入地下幾百米處的特殊處置庫內。由於核廢料的高度危險性,一旦處置庫選址不當,將造成無法挽回的損失。因此核廢料處置庫選址必須非常慎重,需要綜合考慮整個國家的經濟發展布局、人口分布、交通設施、候選地的地質、水文和氣候條件等因素。一般來說,世界各國的核廢料處置庫都建在經濟落後、人煙稀少的地區。
全文:http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ef1fe090102wrjg.html
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