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为了排放核废水?为什么大多数的核电站都临海而建?

日本确实有很多核电站都建在海边,随着近年来核电建设,有相当的内陆地区也开始兴建核电,但只要你仔细看看核电选址,不是在湖边就是在河边,不像热电厂那样随便选,这究竟是什么原因呢?

核电站的原理是什么?

核电站有两种,一种是裂变核电站,另一种是聚变电站,当然到现在为止,聚变堆仍然还在实验中,暂时的核电站只能是裂变电站。

ITER国际热核聚变装置

裂变电站用的燃料是可裂变材料,比如铀-235或者钚-239,它的原理并不复杂,只是一颗热中子在撞击可裂变材料后引发的裂变,比如铀-235将会裂变成钡-141和氪-92,另外将释放出2颗热中子,以便撞击其他裂变原子持续裂变,而裂变过程中将会丢失部分质量,核电站巨大的能量就来源于此,根据这个过程,就会有如下结构:

1、减速剂:慢中子更容易引发裂变,因此反应堆中需要将快中子减速,以便增加中子利用率。

2、控制棒:避免裂变过快,将多余的中子吸收掉,顺便还控制反应堆功率。

早期用的都是石墨减速剂,结果切尔诺贝利的核事故中石墨直接成为了核反应堆爆裂后的燃料,发生核反应堆大火,大量放射性物质排入大气层,因此石墨堆现在已经很少见了,一般都是轻水堆(减速剂为水,减速效率不高,需要浓度比较高的核燃料),重水堆(减速剂为重水,效率高,燃料浓度低)。

一般轻水堆可以是沸水堆或压水堆,前者直接烧开水,蒸汽推动汽轮机运行,结构简单,但蒸汽带有放射性,一旦蒸汽泄漏就会有放射性物质泄漏。压水堆则是反应堆内的高压水(沸点远高于100度)的高温水加热二次回路中的水,然后蒸汽推动蒸汽轮机发电,二次侧蒸汽没有放射性。

沸水堆二次回路是冷却水

重水堆一定是压水堆,原理和轻水压水堆一样,也是高温的重水加热水,沸腾后推动蒸汽轮机,二次回路蒸汽没有放射性。

压水堆的三次回路是冷却水

但两者都需要将蒸汽重新冷凝回到反应堆内或作二次侧,此时需要大量的清洁水源作为冷却,从理论上来看,热电厂的冷却水塔也可以作为冷却,但核电站功率相当大,需要建设多个冷却塔给循环蒸汽冷凝,因此选择湖水或者海水成本当然是最低的。

一般进入冷却水都是二次或者三次回路中,不具有放射性,甚至从冷却水进出口的水可以饮用,很多朋友诟病的核电站冷却水会让海洋中的珊瑚死亡,这并不是放射性,而是冷却水升温了,而珊瑚最怕温度过高或者过低。

珊瑚白化

核电站为什么要建设在水边?

上文中我们搞清楚了一件事,核电站发电时利用的是循环水蒸气,需要降温重新冷凝循环使用,因此需要建在水边,但其实还有一个问题和热电厂不一样!

核电站除了燃料和热电厂烧水用的煤炭或者提燃气不一样外,还有一个重大不同,热电厂要停机,不提供煤炭或者天然气即可,锅炉熄灭,发电厂自然就停机了,当然没那么简单,但就原理上来说并没有关系。

而核电站就不一样了,停堆后只是中子不再发生,几乎被吸收,但核燃料仍然会继续提供大量的热,而这个就是衰变功率,堆芯在寿命期内的衰变功率很大,一般反应堆在停堆后为运行功率的6%,一小时后也有1%,三天后大约是2‰,一个3000MW核反应堆,衰变功率为6MW,也就是6000KW,这个功率相当大,它可以在6个小时内烧开300多吨水!

衰变放出巨大的能量使钚238加热至烧红的程度。

当然衰变功率还会继续下降,但能给我们一个直观的认识,停堆后堆芯发热非常恐怖,如果不冷却它可能会融毁,一旦堆芯包壳破裂将会很难处理,所以仍需要大量冷却水供应,尽管也可以用冷却水塔,但事实上拥有湖泊或者河流甚至大海会有利得多!

切尔诺贝利核电站旁边的冷却水池

切尔诺贝利核事故和福岛核事故的教训

切尔诺贝利是因为测试停堆后复堆时功率不够而移除了太多的控制棒(中子吸收消除,裂变功率加大,原本要求全功率运行也必须插入28根控制棒,但事故发生前只有18根),导致堆芯不稳定功率过大,反应堆内蒸汽压力(反应堆是石墨减速剂的沸水堆)过高导致爆炸(功率突增至额定10倍),外壳被炸飞。

堆芯暴露在大气中,减速剂石墨成了熊熊燃烧大火的燃料,大量放射性物质随着蒸汽以及浓烟排入大气层,有史以来最严重的核事故发生了!

切尔诺贝利事故极其严重,不过前苏联处置也是相当坚决,敢死队冒着超强的死亡辐射扑灭核大火,之后还修建了地下到地上都将爆裂的反应堆包裹的石棺,并且还在2012年开工建设新的石棺,并且于2016年11月29日完工。

切尔诺贝利核电站的旁边就有一个18平方公里的冷却池,水是从附近的普里皮亚季河引入的,核电站附近必须有大量水源这点是毫无疑问的。

福岛核事故

这是由311地震引发的、仅次于切尔诺贝利事故的特大核泄漏事件,主要原因是311地震引发的海啸淹没了福岛核电站地下室,此时因地震紧急停堆的应急柴油机组正在工作以供应冷却水,所以福岛核电站机组相继缺乏冷却水和引发爆炸,福岛核事故爆发!

东电和日本政府处置不力,一直到现在核事故的后续还在发酵,堆芯已经融毁,早已融穿反应堆保护壳,进入了水泥包壳层,未来迟早都会掉入地下室,现在需要大量的冷却水供应冷却反应堆,所以每天都以数百吨的冷却水增加,一直储存在福岛第一核电站周围,到现在已经快到极限了(极限储存能力137万吨,当前已经125万吨),所以日本政府处心积虑想要处理掉,而成本最低就是倒入大海!

你想想看,你家里的大粪缸翻了,洗刷了半天存下了很多脏水,结果你却说要倒入全村人喝水的那个大池塘了,恶心不?这是人干的事吗?

所以问题来了,海边并不是什么好事,海啸来了核电站就遭殃了!有水即可,当绝不能是水源地,因为一旦发生事故,祸害的可是整个下游,寄希望于核技术进步是没用的,因为还可能会有天灾,比如地震等。