核电站废水之谜

• 作 者: 胡安邦
• 出 处: 科学Fans
• 发表日期: 2021年6期
• 关键词: 核电站 废水排放 福岛 亚洲地区 日本政府

福岛核废水从何而来？

　　2011年3月11日，日本东海岸发生了9级大地震，地震引起的海啸造成了福岛第一核电站的电力系统完全瘫痪，导致电站核反应堆的堆芯余热无法排出，最终引起了堆芯过热爆炸，造成了人类历史上与切尔诺贝利核电站事故一样的最高等级核事故。在核反应堆的堆芯爆炸后，为阻止事態进一步恶化，现场事故抢修人员向反应堆内部注入了大量淡水和海水降温，再加上渗入到反应堆的地下水和雨水，一起构成了福岛核电站的核废水。
　　因为核废水直接接触到核反应堆中放射性物质最集中的堆芯，所以核废水中含有大量放射性物质，会对周围环境和生物造成严重影响。在此之前，为了防止核废水扩散，日本在福岛核电站周围建立了总容量137万吨的储水罐来储存每天产生的核废水，截至2021年3月，已累计收集125万吨核废水。日本所要排放的，也正是这125万吨核废水。

核电站的工作原理

　　弄清楚了福岛核废水的成因，让我们把注意力集中到核电站本身的运作上来。核电站发电的基本原理，是通过反应堆堆芯的核燃料发生的核裂变反应，放出大量热能，通过水吸收热能转化为水的内能，将水变为水蒸气，推动汽轮机做功转化为汽轮机的机械能，最终由汽轮机带动发电机工作，将机械能转化为电能。
　　按照目前的核反应堆堆型来分类，世界上主流的核电站主要分为两类——沸水堆（BWR）和压水堆（PWR）。两者的主要区别在于，沸水堆直接使用与堆芯接触的带有放射性的一回路①水推动汽轮机做功发电，而压水堆则增加设计了一个二回路②，用一回路中带放射性的水在密闭管道中加热二回路水，由二回路水形成的蒸汽推动汽轮机做功，最终完成发电。
　　沸水堆因为少了一次热交换，也减少了一次能量损失。它的优点是能量转化率高，热效率更高。但因为沸水堆是由带有放射性的一回路水直接推动汽轮机做功，容易引起放射性水的泄漏，整体安全性相对较低。压水堆多了一次热交换，相应地增加了一次能量损失，但是能保证推动汽轮机做功的二回路水水蒸气不带有放射性，整体安全程度更高，同时对相应设备要求更高，造价也更高。
　　福岛第一核电站建于1971年，采用的是单循环沸水堆设计，整体安全性较压水堆更低，特别是发生了电源丧失的情况，在短时间内导致严重的后果。

核废水的处理办法

　　在核电站正常工作的情况下，按照核废水放射性多少来进行分类，主要有两类：第一类是中低放射性核废水，包括主设备排空水、二回路废水、离子交换装置再生废水、实验废水等;第二类是高放射性核废水，包括乏燃料③后处理废水和放射性物质分离制造过程中产生的废水。
　　对于中低放射性的核废水，一般采用稀释、化学沉淀、物理吸附、离子交换等方法来降低放射性。经过上述处理，在核废水的放射性达到相关安全标准后，就能正常排放到环境中。而对于高放射性的核废水，主要采用的这类办法：首先是通过加热蒸发，将废水中的水分蒸发掉，留下带有放射性的浓缩物质;然后是贮存，将蒸发处理后的核废水装入特定的水泥容器中，再深埋到200 米以上的地下贮存点进行储存。
　　目前，福岛核废水存量巨大，且其中含有铯、锶等半衰期很长的放射性元素，以及氚这类无法分离的放射性元素，在未经第三方机构检测达标的情况下直接排放进入海洋，是一种简单粗暴且风险巨大的处理方式。这次的事件也为我们敲响了警钟，当我们在享受科技带来的巨大便利时，也应该做好针对相应废弃物的处理措施。对自然环境抱有敬畏和爱护之心，才能让人类免遭随意破坏生态的反噬。