兩代核反應(yīng)堆

1、兩代核反應(yīng)堆所有的裂變反應(yīng)堆都有一些共同的特點(diǎn)，而擬議中的增殖反應(yīng)堆在許多方面都不同于目前商業(yè)用的那幾種。在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)上的大多數(shù)公開(kāi)的爭(zhēng)論，都是圍繞著反應(yīng)堆堆芯，不僅有放射性而且也有熱問(wèn)題而展開(kāi)的。因此除了屏蔽之外還必須進(jìn)行冷卻。冷卻劑不管是水、氣體還是液體金屬，既從堆芯帶走熱量也帶走放射性。現(xiàn)代的商業(yè)核動(dòng)力反應(yīng)堆都是用水來(lái)冷卻的，但加拿大的安大略海瓊公司則成功地運(yùn)轉(zhuǎn)了一個(gè)用重水（D2O，或氧化氘）作冷卻劑，用未濃縮鈾作燃料的大型核反應(yīng)堆。在美國(guó)的商業(yè)核動(dòng)力規(guī)劃中只有輕水核反應(yīng)堆（LWRs，Light water Reactors），顧名思義，這些反應(yīng)堆的冷卻劑是普通的水，雖然它們也可能用重水

2、作為中子能量的緩速劑（或吸收劑）。迄今尚未建造的（僅是擬議中的）增殖反應(yīng)堆，屬于新的一代反應(yīng)堆，它的冷卻劑將用液態(tài)納而不是水，故通常稱它為液態(tài)金屬快中子增殖反應(yīng)堆（LMFBRs，Lignid metal fast breeder reactors）。在輕水反應(yīng)堆中，钚作為廢物產(chǎn)生出來(lái)，其產(chǎn)率是每1000公斤核燃料約可生成79公斤钚；而在增殖反應(yīng)堆中，钚的比例則提高了50以上，實(shí)際上生成的钚比消耗掉的還要多，既然钚不是由難得的同位素鈾-235而是由普通的鈾-238產(chǎn)生的，其經(jīng)濟(jì)上的節(jié)省就是相當(dāng)可觀了。大家知道，商業(yè)性輕水反應(yīng)堆不能用普通的鈾-238作燃料，而是用通過(guò)昂貴加工的鈾-235富集鈾-2

3、38來(lái)作燃料。輕水反應(yīng)堆的危害我們已經(jīng)知道，核反應(yīng)堆的燃料不必濃縮到像核爆炸那樣高的水平。不能把一個(gè)反應(yīng)堆稱作炸彈，因它是不易爆炸的。但另一方面，它可能會(huì)過(guò)熱。如果反應(yīng)堆中成噸的高放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆里逃逸出來(lái)或者在生物圈內(nèi)移動(dòng)任何一點(diǎn)距離的話，都將會(huì)造成嚴(yán)重的輻射公害。我們這里指的公害僅對(duì)普通居民而言，并不包括核工廠里的雇員。1957年，英國(guó)的溫斯克爾（Windscale）核電站曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一起重大事故，結(jié)果核放射性散落物遍及400平方英里之廣（見(jiàn)下面的短論），幸而類似的事件迄今尚未在美國(guó)發(fā)生。短論：核事故1957年10月10日，位于英國(guó)西北沿海地區(qū)的溫斯克爾钚反應(yīng)堆正在進(jìn)行常規(guī)的保養(yǎng)操作，已經(jīng)

4、降低了反應(yīng)堆周圍冷氣的流速，以便使石墨緩速劑升溫，并調(diào)整因中子轟擊而雜亂了的晶體。該廠的一個(gè)工人檢查了溫度監(jiān)測(cè)裝置，看來(lái)一切正常。但是他卻沒(méi)有注意到不受該安全裝置監(jiān)測(cè)的反應(yīng)堆的一個(gè)部位已經(jīng)過(guò)熱，那個(gè)部位的燃料棒由于高熱而起火并立刻爆燒起來(lái)?？茖W(xué)家和工人們立刻沖到現(xiàn)場(chǎng)，企圖用二氧化碳去熄滅蔓延開(kāi)來(lái)的火勢(shì)，但這卻是徒勞的。最后有人不顧可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重爆炸的危險(xiǎn)提出用水滅火，這才終于撲滅了大火。其時(shí)，濃重的放射性氣體煙云已從反應(yīng)堆超載冷卻塔（overloadedcooling tower）中逃逸出來(lái)，并在400平方英里的范圍內(nèi)擴(kuò)散。僥幸的是，該地區(qū)主要是人煙稀少的草原，附近的居民并未受到具有危險(xiǎn)程度的

5、輻照。但是，英國(guó)原子能管理委員會(huì)派出的審查員們直到事故發(fā)生34小時(shí)之后才想起要去檢查在受污染的草原上放牧的奶牛的奶質(zhì)。而當(dāng)他們檢查牛奶時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中的放射性略高于公認(rèn)的安全標(biāo)準(zhǔn)。為慎重起見(jiàn)，牛群被牽出了草原，并暫停分發(fā)溫斯克爾附近的1150個(gè)牛奶場(chǎng)生產(chǎn)的牛奶。事故后生產(chǎn)出來(lái)的數(shù)以千計(jì)加侖的牛奶只好傾入海洋。這起已被公開(kāi)調(diào)查的事故，引起人們對(duì)核能公害的警惕。1966年，在美國(guó)底特律附近的艾瑞可·費(fèi)米（Enrico Fer-mi）核電站發(fā)生了一次事故。雖然沒(méi)有從報(bào)廢的反應(yīng)堆中釋放出輻射，但也已危險(xiǎn)地接近爆炸邊緣。密執(zhí)安工程學(xué)會(huì)的科學(xué)家們?cè)O(shè)想：如果該廠所有的放射性物質(zhì)都驅(qū)散到空氣里的話，將會(huì)

6、有6.7萬(wàn)人死于放射性中毒；只要1的放射性就足以殺死210人，且非致死劑量的輻射會(huì)誘發(fā)各種嚴(yán)重的疾病，包括癌癥和遺傳性變異。所有這些核反應(yīng)堆事故的發(fā)生都已事隔多年了。盡管核動(dòng)力工業(yè)對(duì)近代反應(yīng)堆的安全作了保證，事故仍照舊發(fā)生。最近的一起是在亞拉巴馬州的布諾·佛里（BrownFerrg）反應(yīng)堆發(fā)生的一次火災(zāi)，這是在一個(gè)工人用點(diǎn)著的蠟燭去檢查漏氣時(shí)（合乎標(biāo)準(zhǔn)的操作）發(fā)生的。一個(gè)尚未得到充分研究的危險(xiǎn)是，如果輕水反應(yīng)堆中熔融的反應(yīng)堆燃料遇到反應(yīng)堆容器里殘存的水的話，就可能會(huì)發(fā)生猛烈的蒸汽爆炸。事實(shí)上，模擬試驗(yàn)表明，反應(yīng)堆堆芯周圍的鋼制保護(hù)套不足以控制住蒸汽爆炸。在這之后，伏蒙特·耶

7、克（Vermont Yankee）反應(yīng)堆只得在1976年停工。正如研究員凱文·P·謝伊（KevinP.Shea）、勞倫斯·D·巴克斯頓（LawrenceD.Buxton）和勞埃德·S·納爾遜（LloydS.Nelson）所評(píng)論的那樣：“所有那些引起蒸汽爆炸的條件至今還未弄清楚”；因此，并未消除核電站發(fā)生事故的可能性，特別是因?yàn)槿藶榈腻e(cuò)誤而引起的那些事故。反應(yīng)堆通常總要有一定量的放射性進(jìn)入周圍大氣里去，因此，對(duì)原子能委員會(huì)給這些發(fā)射物制訂的標(biāo)準(zhǔn)是否太低的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)爭(zhēng)論不休。1969年，約翰·W·戈夫曼（JohnW

8、.Gofman）和阿瑟·R·坦普林（ArthwrR.Tamplin）這兩位實(shí)際上在原子能委員會(huì)任職的核科學(xué)家開(kāi)始發(fā)表一系列文章，以其“有毒的動(dòng)力：反對(duì)核動(dòng)力的理由”（Poisoned Power：The Case Against Nuclear Power，1971年）一文而登峰造極。他們有力地證明了，原子能委員會(huì)對(duì)允許的放射線輻射劑量訂的標(biāo)準(zhǔn)大約高了十倍之多。如果在此標(biāo)準(zhǔn)下照射30年，則將增加1.6萬(wàn)個(gè)癌癥和血癌的病例。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，原子能委員會(huì)的允許輻照水平已經(jīng)是很低的了事實(shí)上大約相當(dāng)于人們從醫(yī)用放射源或天然放射源接受到的輻照水平。然而，正如謝爾登·諾維克（S

9、heldon Novick）已指出的，因此而去懷疑那些以此謀生的人們的健康是沒(méi)有什么意義的，除非給他們的總福利在某種意義上也值得懷疑。整個(gè)爭(zhēng)論至少算是暫時(shí)解決了，因?yàn)閷?shí)際上原子能委員會(huì)已接受了戈夫曼和坦普林的意見(jiàn)，開(kāi)始對(duì)低劑量輻射加以管理，即反對(duì)任何數(shù)量的一切不必要的低劑量輻照。但這并不是說(shuō)，商業(yè)核動(dòng)力的常規(guī)生產(chǎn)就沒(méi)有問(wèn)題了。例如，1975年1月8日位于伊利諾斯州莫里斯附近的德雷斯頓（Dresden）核電站里的工人們，在反應(yīng)堆堆芯緊急冷卻系統(tǒng)中一個(gè)不銹鋼管部件上發(fā)現(xiàn)了裂縫。據(jù)國(guó)家觀測(cè)員威廉·J·蘭諾特（WillianJ.Lanouette）說(shuō)，發(fā)生事故時(shí)也曾發(fā)現(xiàn)過(guò)這種裂縫；

10、而反應(yīng)堆的正規(guī)檢漏系統(tǒng)卻沒(méi)檢查出來(lái)。德雷斯頓反應(yīng)堆是“沸水式”的，即在反應(yīng)堆堆芯直接使水沸騰成蒸汽。美國(guó)一共有23個(gè)這類生產(chǎn)用的反應(yīng)堆，其中3個(gè)在德雷斯頓工廠，20個(gè)在其他地方。于是，核管理委員會(huì)在1月29日命令所有23個(gè)反應(yīng)堆停工檢修。始終沒(méi)有證據(jù)證明有任何人曾遭到這些事件或類似意外事故的傷害（對(duì)核電站或其他核工廠中的工人來(lái)說(shuō)又當(dāng)別論，但這個(gè)問(wèn)題已超出本章的范圍），故而，核動(dòng)力方面的環(huán)境批評(píng)家們開(kāi)始更多地著眼于假想的核事故，特別是那些能釀成大禍的假想核事故。核電站可能發(fā)生的最壞的核事故也許就是由于反應(yīng)堆堆芯的常規(guī)冷卻系統(tǒng)或緊急冷卻系統(tǒng)失效而引起的所謂反應(yīng)堆堆芯“熔毀”。一旦發(fā)生熔毀，就會(huì)釋放

11、出大量的放射性物質(zhì)并擴(kuò)散到廣大的區(qū)域之內(nèi)。至于是否也會(huì)發(fā)生爆炸則有不同的看法，核管理委員會(huì)認(rèn)為，爆炸談何容易！甚至不能用爆炸這個(gè)詞，而寧可說(shuō)反應(yīng)堆堆芯的“崩裂”。液態(tài)金屬快中子增殖反應(yīng)堆的危害大家知道，增殖反應(yīng)堆優(yōu)于輕水反應(yīng)堆的兩大優(yōu)點(diǎn)是，其一，它用未濃縮鈾-238加上從輕水反應(yīng)堆燃料廢物中回收的钚作為燃料，因此價(jià)格要便宜得多；其二，按推測(cè)生成的钚將比作為燃料消耗掉的钚還要多。據(jù)哈羅德·P·格林（HaroldP.Green）和艾倫·羅森塔爾（AlanRosenthal）說(shuō)，在1956年，原子能兩院聯(lián)合委員會(huì)（Joint Committe on Atomic Ene

12、rgy）曾試圖說(shuō)服原子能委員會(huì)發(fā)展一種既能生產(chǎn)钚又能發(fā)電的反應(yīng)堆。令人啼笑皆非的是原子能委員會(huì)竟回答說(shuō)，這樣的反應(yīng)堆“可能會(huì)既不能有效地生產(chǎn)钚又不能發(fā)電”。钚是人造元素，地球上還未發(fā)現(xiàn)何處有钚礦。1956年兩院聯(lián)合委員會(huì)還在為沒(méi)有足夠的钚來(lái)滿足武器計(jì)劃的需要而擔(dān)心，但不久便弄清了用钚作為反應(yīng)堆燃料的潛力。钚是極毒物質(zhì)，這就給利用這種較廉價(jià)且又耐用的燃料帶來(lái)了不利之處。吸入1克的钚就足以致人于死命，而一個(gè)增殖反應(yīng)堆核電站應(yīng)當(dāng)擁有1噸以上的钚。不消說(shuō)，在核工廠必須進(jìn)行的大量運(yùn)輸和儲(chǔ)存钚的過(guò)程中如何解決潛在的危險(xiǎn)性這個(gè)問(wèn)題還是個(gè)難題。廠內(nèi)可能會(huì)發(fā)生核爆炸，是液態(tài)金屬快中子增殖反應(yīng)堆的另一個(gè)主要公害。

13、對(duì)這種可能性一直爭(zhēng)論紛紛?？熘凶釉鲋撤磻?yīng)堆的批評(píng)者們認(rèn)為，它是建立在遠(yuǎn)比輕水反應(yīng)堆危險(xiǎn)得多的技術(shù)基礎(chǔ)上的。雖然這一批評(píng)的細(xì)節(jié)只有核工程師們才易于理解，但它的要點(diǎn)已相當(dāng)清楚?？熘凶釉鲋撤磻?yīng)堆之所以稱為“快”，是因?yàn)樗恍枰徦賱嗉床槐貫榘l(fā)生核鏈反應(yīng)而使中子減速。輕水反應(yīng)堆則必須有緩速劑，通常是由冷卻系統(tǒng)中的水來(lái)供應(yīng)。如果冷卻系統(tǒng)失效，反應(yīng)堆堆芯會(huì)變得過(guò)熱，但核反應(yīng)也會(huì)因吸取了緩速劑而中止，因此不可能發(fā)生控制不住的核反應(yīng)。另一方面，一些專家認(rèn)為，如果在液態(tài)金屬快中子增殖反應(yīng)堆中失去冷卻劑金屬鈉，就意味著加速核反應(yīng)。托馬斯·科克倫（ThomasCochran）及其助手們說(shuō)（1975，P.14）：在出事故的情況下，液態(tài)金屬快中子增殖反應(yīng)堆的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)燃料的移動(dòng)和對(duì)堆芯部分失去冷卻劑都是極其敏感的，結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致爆炸式的反應(yīng)堆失控。當(dāng)發(fā)生“熔毀”時(shí)，增殖反應(yīng)堆中高度濃縮的核燃料，可使自己重新排列成更加緊密的構(gòu)型，并可能發(fā)生一次足以擊破反應(yīng)堆安全套的小型核爆炸。在確定增殖