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核电厂安全如何有力保障?

2018-04-26 09:08
开源节能
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如何严密设防控制放射性核素?

放射性核素主要由核燃料裂变而来,产生后也存在于陶瓷的核燃料芯块内,除少量气体外,一般很难扩散出来。燃料芯块被装在锆合金或其他可靠的燃料包壳管内,组成一根根燃料棒。

燃料包壳管外是用于带出反应堆热量的冷却水,冷却水在反应堆金属压力容器、主管道和蒸汽发生器内循环流动(即核电厂一回路冷却系统)。一回路系统又被约一米厚的混凝土安全壳罩在里面。

因此,放射性核素正常情况下是由陶瓷燃料芯块、燃料包壳、一回路冷却剂系统边界、安全壳4层屏障包裹着,一般很难逃脱出来,对周边的人员带来的照射比自然界存在的天然放射性照射还要低一个量级。(我们生活的自然界本来就存在着大量的放射性,如宇宙射线,放射性核素氡222、钍220、钾40等。)

那么会不会发生异常,甚至事故呢?

核电厂的核心部件是核反应堆,它就像一个大炉子,一根根装有核材料的燃料棒按一定形式进行排列后装进反应堆压力容器内。

运行时核材料通过裂变以及裂变产物的衰变反应发出热量,热量传导到燃料棒表面,然后被冷却水带走,并通过蒸汽发生器产生蒸汽推动汽轮机发电。

核反应堆有两个主要风险点,一是核反应堆的反应性控制。假如反应堆意外引入一个大的反应性,铀-235裂变反应快速增加,发热量短期内快速增大,可能导致反应堆熔化、解体。

目前,反应堆的反应性变化情况已经能够准确计算(反应堆的核设计误差基本在1/1000左右),使得现在的核反应堆通过保守准确的设计,采用冗余的停堆系统,物理上排除一次引入过大反应性,并且通过堆芯反应性温度负反馈设计,已经让反应性控制非常可靠。

但反应堆停堆后衰变反应还在继续,一段时间内还会产生大量的衰变热,这是另外一个风险点。

因此必须保证冷却水持续循环带出热量,才能避免堆芯(包括上面提到的包容放射性核素的燃料芯块、燃料包壳)被烧化,进而破坏各道屏障,使放射性核素跑出来,对公众带来威胁。

为了让反应堆的余热在任何情况下都能有效导出,核电厂设置了大量的安全系统,包括应急堆芯冷却系统、余热导出系统、辅助给水系统等。

这些系统能不能保证各种事故情况下发挥作用,保证核电厂对外界的影响满足要求?这就是核安全审查中的事故分析。

核电厂采用一种确定论的事故分析方法。如果核电厂发生事故,那肯定是由于某个设备和系统发生故障,所以确定论分析方法先根据工程经验、统计数据,以及专家判断等方式列出一个可能发生的故障清单,叫始发事件清单。

随后分析始发事件会怎么发展,核电厂设计的安全系统怎样工作来使事件得到控制,最后计算后果是否满足验收准则。

为了使分析结果具有说服力,确定论分析方法对所有可能的异常假设都需进行分析。比如对管道的破裂分析,会全面地对各种部位、各种尺寸的破口谱进行包络性分析等。

也就是说核电厂配备了很多事故缓解系统,且对同样功能的系统基本都采取冗余设置。所以核电厂即使发生事故也并不那么可怕,在安全审查时对各种可能发生的事故都进行了保守分析。因此放射性后果都是能够接受的。

那么发生天灾怎么办?

核电厂对于灾害的防护应该是世界上所有的人造工程中最严格的。

比如地震,核电厂考虑对厂址所在区域可能发生的最大可能地震(万年一遇的地震)进行设防,而一般我们住的房子的设防标准差不多是五百年一遇地震;对洪水考虑最大可能的洪水水位;对爆炸考虑方圆十公里范围内的各种爆炸源可能发生的爆炸等。通过这些苛刻的设计要求,核电厂才会被批准建造。

现在的第三代核电厂还在设计中增加了缓解严重事故的专用系统。所谓严重事故就是反应堆堆芯熔化的事故。也许你会问,前面事故分析不是对各种可能的情况都进行了假设分析,都能保证堆芯结构完整吗?

是的,但是核能界惟恐设计考虑得还不全面,万一发生没预防到的情况怎么办?于是,增加了严重事故缓解系统,要求就是不管前面分析结果怎样,最后还要分析反应堆堆芯熔化的情况,从而保证即使堆芯熔化,放射性物质对场外的影响也有限。

可以说,核电厂对放射性核素是层层设防,以保证万无一失。

来源:中国环境报

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