核能安全:從核廢水說起
2021年4月13日,日本政府決定向海洋排放核廢水的消息震驚了全世界。一時間,電視新聞、報紙、自媒體上都是關(guān)于核廢水的消息。有人非常害怕,擔(dān)心從此以后是不是要告別海產(chǎn)品了;有人非常認真,下載了國際原子能結(jié)構(gòu)的調(diào)查報告仔細分析;有人非常愛幻想,已經(jīng)開始猜測會不會幾十年后海底出現(xiàn)像電影《哥斯拉》里被輻射過后變異的海底怪獸了,核廢水一下子變成了比童年噩夢更為可怕的存在。接下來,我們就來了解一下核廢水的相關(guān)知識。
一、放射性物質(zhì):核廢水中的“大殺器”
核廢水真正讓人害怕的,并不是流動的液體,而是液體中所含有的放射性物質(zhì)。以這次福島核電站事故被污染的水為例,其中含有氚、碳14、碘129、釕106、銫137等60多種放射性物質(zhì)。這些放射性物質(zhì)的衰減期各有不同,比如:銫137的半衰期長達30年,碳14的半衰期約為5730年。
半衰期是一個物理學(xué)名詞,是指放射性元素的原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間,隨著放射的不斷進行,放射強度按指數(shù)曲線下降,越靠近半衰期的末尾,危害程度就越低。
那么,還沒有到半衰期的放射性元素為什么會如此可怕呢?因為原子核衰變的時候會向外發(fā)出粒子。以碳14為例,它會發(fā)生β衰變,朝外發(fā)出β粒子。此時的碳14就好像拿著沖鋒槍的瘋子,朝著四面八方開槍。這瘋子如果出現(xiàn)在我們周圍,那就有大麻煩了。
構(gòu)成我們身體的最小單位是細胞,細胞內(nèi)有細胞核,細胞核內(nèi)存放著記錄我們生命信息的遺傳物質(zhì)——脫氧核糖核酸(下文簡稱“DNA”)。如果我們攝入了放射性的物質(zhì),碳14在我們的體內(nèi)發(fā)生衰變,那么它發(fā)射出來的β粒子將會朝我們的DNA“突突突”地開槍,誰都不知道會打掉多少DNA上的遺傳因子。這樣一來,深受其害的DNA還能正確表達原來的遺傳信息嗎?會不會出現(xiàn)各種遺傳疾???或者會不會激活原癌基因?qū)е掳┌Y的發(fā)病率上升?
放射性元素的危險性,科學(xué)家非常清楚,國際輻射防護委員會的建議是普通公眾每年接受劑量當量的安全標準不超過5 mSv(mSv是輻射劑量的相關(guān)單位毫希沃特)。
β衰變
二、核廢水的處理方法
核廢水并非全是含有放射性物質(zhì)的廢水,而是一個統(tǒng)稱。在正常情況下,核電站產(chǎn)生的核廢水包括冷卻用的海水,這部分海水用來冷卻蒸汽,不直接接觸放射性的堆芯,自然也不會有超出劑量范圍的放射性,是安全的海水。還有一部分接觸到放射性物質(zhì)的,是被污染的廢水,這才是我們前文所指的核廢水,但這些水是需要經(jīng)過嚴格處理才能排放的。處理的方法有好幾種,通常我們用的是過濾法和蒸發(fā)法。
過濾法就好比給核廢水加了一個凈水器,在廢水流經(jīng)的位置上放置吸附材料,吸附水中的放射性物質(zhì),材料吸到“飽和”了就換一批,一直吸附到核廢水中的放射性元素降低到安全范圍內(nèi)為止。
蒸發(fā)法就是燒開水。我們把核廢水送入特制的鍋爐里燒,這樣被核輻射污染的水就被蒸發(fā)了。但這種方法的缺點是會污染空氣。
另外也有科學(xué)家提出了挖坑法和電解法。
挖坑法顧名思義就是挖一個坑,把核廢水倒進去。這可不是普通的坑,它大約距離地表2500米,這樣能保證最大限度地遠離地表環(huán)境。缺點也很明顯:第一,挖這么深的坑花費太高;第二,可能會污染地下水。
電解法則是將核廢水通電,水在電解之后會分解成為氫氣和氧氣,再把這無害的兩個氣體排入大氣中。這個方法環(huán)保清潔,最大的缺點是貴。
要多干凈才能達到標準呢?我國頒布了《核電廠放射性液態(tài)流出物排放技術(shù)要求》,其中對放射性元素做出了嚴格的限制,必須低到和周圍自然環(huán)境差不多的標準。這也是世界其他國家核電站的通行要求。
《核電廠放射性液態(tài)流出物排放技術(shù)要求》
三、福島核電站:一拖再拖的悲劇
2011年,日本發(fā)生了九級大地震。位于福島的福島核電站因為地震的關(guān)系,發(fā)電機組被海水浸泡不能用了。這些發(fā)電機組是用來冷卻核反應(yīng)堆的,要知道核反應(yīng)堆能釋放大量的熱,如果不能及時散熱,那么堆芯就會融化,造成可怕的核泄漏事件。
當時有專家提議,直接用海水冷卻,可是這樣就報廢了價值幾十億美金的核反應(yīng)堆,東京電力公司(下文簡稱“東電公司”)猶豫再三,最終把二級的核電站事故拖成了嚴重級別最高的七級事故。雖然最后還是采用了海水冷卻的辦法,但放射性元素早已影響了福島核電站周圍的土壤和地下水。人們只能把這些被放射性元素污染過的水集中起來,經(jīng)過一般化處理,存放在巨大的儲水塔中。
儲存核廢水的儲水塔
就這樣,10年過去了。原本設(shè)計的137萬噸儲水塔快要放滿了,可是被放射性元素污染的水依然源源不斷。此時,東電公司再一次面臨選擇,到底怎么處理核廢水?要不要建造新的儲水塔繼續(xù)存放個幾十年,等到最麻煩的放射性元素氚度過了半衰期再排放?還是選擇成本高昂的挖坑法?他們思慮再三,選擇了成本最低的方式:將一般化處理后未完全消除放射性物質(zhì)的核廢水直接排入大海。
這一消息,直接引爆了全世界的輿論,因為將核廢水排入大海,影響的不僅僅是日本和周邊海域,還會在洋流的作用下污染整個太平洋,甚至整個地球。
四、洋流:自然界的雙刃劍
洋流是指海水沿著一定方向有規(guī)律的相對穩(wěn)定的水平流動。日本福島核電站位于日本暖流的末端,被排放的核廢水首先會隨著日本暖流往東北方向移動,抵達北美拉斯維加斯海域,再通過一段時間的巡回,順著阿拉斯加暖流、加利福尼亞寒流、北赤道暖流、赤道逆流和南赤道暖流最后回到日本暖流。這一循環(huán)路線上,有多達十幾個國家,影響10億多人口。同時,我們要意識到地球只有一個,日積月累,福島核電站的影響是全球性的。
作為鄰國的我們,需要對福島核電站持續(xù)關(guān)注,同時也需要用完備的知識保護自己。核電站是人類未來最有希望的清潔能源,關(guān)注核廢水和核安全,也是關(guān)注我們?nèi)祟惖奈磥怼?/p>
計算機模擬福島核電站核廢水影響的海域
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