核发电站有污染吗(为什么人在核废料池里游泳都没事,而日本的核废水排放却很危险?)
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核发电站有污染吗(为什么人在核废料池里游泳都没事,而日本的核废水排放却很危险?)
很多人把核电站的发电原理比作烧开水,这个真的是“话糙理不糙”,核电站真有点像在用高科技烧开水,只是它用的“柴火”是核燃料而已。
一般情况下,核电站的核燃料是包含由氧化铀(氧化物比金属铀-235更耐高温)制成的小颗粒,然后这些颗粒被堆叠并密封在金属管内。
这个包含铀-235的金属导管就有时候被称为燃料棒,非常像柴火,每次都是一捆一捆地放入反应堆里。
核燃料棒和普通柴火也一样,“烧”一段时间就不能再烧了,这时候就要把老的核燃料棒取出来换上新的,大约每 12 到 24 个月就得换掉四分之一到三分之一的核燃料。
然而,这些被换出来的核燃料就像没烧完的火炭一样,也具有很强的有放射性,同时会不停产生热量,这些被称为乏核燃料。
乏核燃料不能继续参加裂变反应,但因为它的辐射性,也不能随便乱处理。
为了控制这些东西的辐射和热量,现在一般的处理方法就是把它放置在一个灌满水的乏核燃料池底部,用水来冷却它和阻挡其辐射污染,一直持续几年时间。
2011年,受地震引发的海啸影响,日本福岛核电站堆芯熔毁,他们的处理方法也是赶紧注水来冷却和阻挡辐射影响。
众所周知,2023年春季左右,日本将把用于处理福岛核事故的100多万吨核废水排入海洋。
那么,日本的这些核废水真的很危险吗?如果我们不小心掉入到这些用来冷却核燃料的水池中会怎么样呢?
在讨论这个问题前,我们得先清楚为什么可以用水来处理核废料?
大部分核电站都建在拥有充足水资源的地方(比如海边和湖边),因为水是所有核电站的重要工具。
一方面是水很廉价,另一方面是水确实是冷却和屏蔽辐射的好材料。
水之所以可以屏蔽辐射,是因为原子核可以阻挡各种辐射,而水分子(H₂O)是由三个小原子组成的,这意味着它每单位体积包含的原子核比金属多,也就更容易阻挡一些辐射。
对于来自乏核燃料的各种辐射而言,每 7 厘米的水就可以让辐射量减少一半。
乏核燃料池的水
铀-235经过裂变后,它会产生一些较轻的元素,但是这些元素中有一些同样具有放射性,比如比较最出名的有铯-137,它就是一个难以清除裂变产物。
事实上,即便是那些已经从核反应堆中取出来的乏核燃料棒,它所含的辐射剂量也是致命的,而且产生的热量也非常强烈。
所以,乏核燃料池都建造得很深——一般可以达到12米深,这样的深度可以忽略池底燃料棒所发出的辐射。
所以,一个工作人员可以在毫无保护的情况下,在乏核燃料池周围工作,甚至不小心掉入池中游上一圈问题都不大,不过一定不能太靠近核燃料棒。
就像我们前面说的,乏核燃料棒还会产生热量,如果人掉入乏核燃料池中,除了考虑它的辐射量之外,还要考虑它的温度。
幸运的是,乏核燃料池的水温很适合游泳,它被控制在50摄氏度之内,一般而言也就是在25℃-35℃之间。
当池水的温度达到一定阈值,它就会被泵入热交换器中,冷却后再重新注回到池中,核燃料棒的最高温度会持续2-4年,在此期间关注水温至关重要。
另外,核燃料棒从反应堆中取出来后,它会在乏核燃料池里保存10-20年的样子,那些半衰期较短的放射性元素在这个过程中会逐渐减少而变得安全。
最后,这些被认为相对安全的乏核燃料棒会被送去后处理或者干桶储存。
那还有一个问题,既然核废水对人是安全的,那么我们为什么要说日本核废水的排放会造成严重的环境污染呢?
日本的核废水有何不同?
其实,乏核燃料池里的核废水在经过评估,确定安全后,经常也会被排放到湖泊或者海中,但是日本福岛核电站的核废水确实不同,它的污染更严重。
我们前面已经提到了,核燃料是被包裹在金属管中的,等它变成乏核燃料后,那些同样具有放射性的裂变产物会保留在金属管中。
所以,在乏核燃料池中,其实除了辐射之外,水中几乎没有多余的裂变产物,除非是外壳腐蚀导致泄漏。
日本核废水是事故造成的,事实上,福岛核电站的三个核反应堆在地震和海啸后发生了熔毁,导致严重的核泄漏。
简单地说,由于没有及时冷却,熔化的核燃料碎片烧穿了外部金属安全壳,进入了反应堆建筑的混凝土基座。
而日本现在超过100万吨的核废水基本是在冷却这个核泄漏的反应堆中收集起来的,这些水含有所有裂变产物,当然是更加不安全。
日本声称他们可以采用一个被称为高级液体处理系统 (ALPS)的方式将核废水中62种不同放射性核素捕获,除了氚。
氚是氢的一种放射性同位素,其半衰期为 12.3 年,日本认为可以不停稀释和延长排放时间——大约是40年,来降低氚对环境的影响。
然而事实上,他们自己也承认了,ALPS不仅无法处理氚,有时候那些半衰期更长的同位素,例如钌、钴、锶和钚也会被通过。
所以即便是经过处理,这些核废水也不一定安全。
其实,这些放射性物质在水里,我们去游泳可能问题也不大,因为水确实挺能阻挡这些乏核燃料辐射的,但是这些物质进入食物链的话就变得很危险。
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