我為什么不擔(dān)心核輻射

1、我為什么不擔(dān)心核輻射？我為什么不擔(dān)心核輻射？作者作者：[尼泊爾風(fēng)][摘自人民網(wǎng)]我在這里寫下這些文字，是為了讓大家對在日本發(fā)生的事情——核反應(yīng)堆的安全問題，感到放心。事態(tài)確實(shí)嚴(yán)重，但是已經(jīng)在控制范圍內(nèi)。這篇東西很長！但是你讀完之后，你會比世界上任何記者都明白核反應(yīng)堆究竟是怎么回事。核泄漏確實(shí)已經(jīng)發(fā)生，但是在將來不會有任何顯著的泄露?！帮@著泄露”大概會是個(gè)什么程度？打個(gè)比方說，可能比你乘坐一趟長途飛行，或是喝下一杯產(chǎn)自本身具有高程度自然輻

2、射地區(qū)的啤酒，所受到的輻射要多一些。我讀了自從地震發(fā)生以來的所有新聞報(bào)道?？梢哉f幾乎沒有一篇是準(zhǔn)確或是無誤的（當(dāng)然也可能是因?yàn)榈卣鸢l(fā)生之后在日本的通訊問題）。關(guān)于“沒有一篇是無誤的”我并不是指那些帶有反核立場的采訪，畢竟這在現(xiàn)在也挺常見的。我指的是其中大量的關(guān)于物理和自然規(guī)律的錯(cuò)誤，及大量對于事實(shí)的錯(cuò)誤解讀——可能是因?yàn)閷懜遄拥娜吮旧聿⒉涣私夂朔磻?yīng)堆是如何建造和運(yùn)營的。我讀過一篇來自CNN的三頁長度的報(bào)道，每一個(gè)段落都至少包含一個(gè)錯(cuò)誤。

3、接下來我們會告訴大家一些關(guān)于核反應(yīng)堆的基本原理，然后解釋目前正在發(fā)生的是什么。福島核電站的反應(yīng)堆屬于“沸水反應(yīng)堆”（BoilingWaterReacts），縮寫B(tài)WR。沸水反應(yīng)堆和我們平時(shí)用的蒸汽壓力鍋類似。核燃料對水進(jìn)行加熱，水沸騰后汽化，然后蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)產(chǎn)生電流，然后蒸汽冷卻后再次回到液態(tài)，然后再把這些水送回核燃料處進(jìn)行加熱。蒸汽壓力鍋內(nèi)的溫度通常大約是250攝氏度。上文提到的核燃料就是氧化鈾。氧化鈾是一種熔點(diǎn)在3000攝氏度的陶

4、瓷體。燃料被制作成小圓柱（想像一下就像樂高積木尺寸的小圓柱）。這些小圓柱被放入一個(gè)用鋯錫合金（熔點(diǎn)2200攝氏度）制成的長桶，然后密封起來。這就是一個(gè)燃料棒（fuelrod）。然后這些燃料棒被放到一起組合為一個(gè)更大的單元，然后這些燃料單元被放入反應(yīng)堆內(nèi)。所有的這些，就是一個(gè)核反應(yīng)堆核心（ce）的內(nèi)容。鋯錫合金外殼是第一層護(hù)罩，用來將具有放射性的核燃料與世隔絕。然后核心被放入“壓力容器”中，也就是我們之前提到的蒸汽壓力鍋的比喻。壓力容器是

5、第二層護(hù)罩。這是一個(gè)堅(jiān)固結(jié)識的大鍋，設(shè)計(jì)用于容納一個(gè)溫度可能達(dá)到數(shù)百攝氏度的核心。在核心降溫措施恢復(fù)前，壓力容器起到一定的保護(hù)作用。一個(gè)核反應(yīng)堆的所有的這些“硬件”——壓力容器，各種管道，泵，冷卻水，然后被封裝到第三層護(hù)罩中。第三層護(hù)罩是一個(gè)完全密封的，用最堅(jiān)固的鋼和混凝土制成的非常厚的球體。第三層護(hù)罩的設(shè)計(jì)，建造和測試只是為了一個(gè)目的：當(dāng)核心完全熔融時(shí)，將其包裹在其中。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，在壓力容器（第二層護(hù)罩）的下方，鑄造了一個(gè)非常巨

6、大厚實(shí)的混凝土大碗，這一切都在第三層護(hù)罩的內(nèi)部。這樣的設(shè)計(jì)就像是為了“抓住核心”。如果核心熔融，壓力容器爆裂（并且也最終融化的話），這個(gè)大碗就可以裝下融化了的燃料及其他一切。這個(gè)大碗設(shè)計(jì)成讓融化的燃料能夠向四周鋪開，從而實(shí)現(xiàn)散熱。在第三層護(hù)罩的周圍包裹的是反應(yīng)堆廠房。反應(yīng)堆廠房是一個(gè)將各種風(fēng)吹雨打擋住的外殼。（這也是在爆炸中被毀壞的部分，我們稍后再說）福島第一核電站一號機(jī)確實(shí)是通用電氣的MarkI型沸水堆。新聞里露出鋼筋的部分是最外部的

7、廠房，里面的安全殼應(yīng)該沒事。——@鐵公雞zq核反應(yīng)的一些基本原理鈾燃料通過核分裂產(chǎn)生熱量。大的鈾原子分裂成更小的原子，這樣就產(chǎn)生熱量及中子（構(gòu)成原子的一種粒子）。當(dāng)中子撞擊另外一個(gè)鈾原子時(shí)，就觸發(fā)分裂，產(chǎn)生更多的中子并一直繼續(xù)下去。這就是核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。而現(xiàn)在的情況時(shí)，當(dāng)一堆燃料棒湊在一起時(shí)就會很快導(dǎo)致過熱，然后在45分鐘后就會導(dǎo)致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反應(yīng)堆內(nèi)的燃料棒是絕對不可能導(dǎo)致像原子彈那樣的核爆炸的。制造一顆原子彈

8、實(shí)際上是相當(dāng)困難的（不信你們可以去問問伊朗）。當(dāng)年切爾諾貝利的情況是，爆炸是由于大量的壓力積攢，氫氣爆炸然后摧毀了所有的護(hù)罩，然后將大量的融化的核心揮灑到了外界（就像一顆“臟彈”）。這樣的情況為什么在日本沒有發(fā)生，及為什么不會發(fā)生，請繼續(xù)看下面。為了控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，反應(yīng)堆操作員會用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，從而瞬間停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一個(gè)核反應(yīng)堆是這樣設(shè)計(jì)的：當(dāng)一切正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有的控制棒是不會用到的。冷卻水會在核心產(chǎn)生熱量的同時(shí)

9、帶走熱量（并轉(zhuǎn)化為蒸汽和電力），并且在常規(guī)的250攝氏度的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下還有許多余地。而挑戰(zhàn)在于將控制棒插入并停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后，核心依然在產(chǎn)生熱量。雖然鈾元素的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)已經(jīng)停止，但是在鈾元素的核裂變過程中會產(chǎn)生一些具有放射性的副產(chǎn)品，比如銫和碘同位素，這些元素的放射性同位素會最終衰變?yōu)楦〉脑?，然后失去放射性。在這些操作員開始通過時(shí)不時(shí)地旋松閥門來釋放壓力容器內(nèi)的壓力。此時(shí)壓力容器內(nèi)的溫度是550攝氏度。這就是關(guān)于“輻射泄露”的報(bào)道開始的時(shí)

10、刻。我在上文中解釋了為什么釋放壓力的同時(shí)實(shí)際上會釋放第二類放射性物質(zhì)（主要是N16和氬），及為什么這樣做其實(shí)毫無危險(xiǎn)。放射性氮元素和氬對于人類健康沒有威脅。而就在旋松閥門的過程中，發(fā)生了爆炸。爆炸發(fā)生在第三層護(hù)罩外部，反應(yīng)堆廠房內(nèi)。反應(yīng)堆廠房不具有隔絕放射性物質(zhì)的功能。雖然目前并不清楚到底發(fā)生了什么，但是這是一個(gè)很有可能的場景：操作員決定讓壓力容器內(nèi)的蒸汽釋放到廠房內(nèi)，而不是直接到廠房外部（這樣可以讓放射性元素有更長的時(shí)間用于衰變）。而

11、問題在于，由于核心內(nèi)的高溫，水分子會分解為氧和氫——一種易爆混合氣體，于是也確實(shí)在第三層護(hù)罩外爆炸了。歷史上也曾發(fā)生過一次類似的爆炸，不過是在壓力容器內(nèi)（因?yàn)閴毫θ萜鳑]有設(shè)計(jì)好并且操作失誤），進(jìn)而導(dǎo)致了切爾諾貝利事件。而福島核電站不會有這樣的問題。氫氧混合氣體是在設(shè)計(jì)核電站時(shí)需要考慮的一個(gè)巨大問題，因此反應(yīng)堆在建造時(shí)就考慮到了不能讓這樣的爆炸發(fā)生護(hù)罩內(nèi)部。如果在護(hù)罩外部爆炸了，雖然也不是設(shè)想中的狀況但是可以接受，因?yàn)榧词贡艘膊粫ψo(hù)

12、罩產(chǎn)生影響。因此在閥門旋送時(shí)，壓力得以控制。而現(xiàn)在的問題時(shí)，如果水在一直沸騰的話，那么水位就會持續(xù)下降。核心大概被幾米深的水覆蓋，使得其能夠在空氣中暴露前堅(jiān)持幾個(gè)小時(shí)或幾天。而一旦沒有水覆蓋，那么暴露的燃料棒就會在45分鐘后達(dá)到其2200攝氏度的熔點(diǎn)。而這樣就會導(dǎo)致第一層護(hù)罩，燃料棒的鋯錫合金外殼融化。而這樣的事情正在開始發(fā)生。冷卻系統(tǒng)無法在燃料棒開始融化前恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不過燃料棒中的核燃料此時(shí)依然是完好的，但是包裹燃料的鋯錫合金外殼已經(jīng)開

13、始融化。而目前正在發(fā)生的，就是一些銫和碘同位素開始隨著釋放出來的蒸汽，泄露到反應(yīng)堆外。最嚴(yán)重的問題——鈾燃料，目前依然是受控的，因?yàn)檠趸櫟娜埸c(diǎn)在3000攝氏度。目前已經(jīng)確認(rèn)的是，檢測到有一部分銫和碘同位素隨著蒸汽泄露到了大氣中。這似乎是一個(gè)啟動“B計(jì)劃”的信號。通過在大氣中檢測到的銫和碘同位素，操作員可以確認(rèn)某一根燃料棒的外殼（第一層護(hù)罩）已經(jīng)存在破損?！癆計(jì)劃”在于恢復(fù)某個(gè)常規(guī)冷卻系統(tǒng)。為什么這個(gè)計(jì)劃失敗目前并不清楚，而一種可能性是

14、海嘯沖走或是污染了所有用于冷卻系統(tǒng)的純凈水。用于冷卻系統(tǒng)的給水是非常純凈的，去除了所有礦物質(zhì)的水。使用純凈水的原因在于：純凈水很大程度上不會被激活，因此可以保持相對無輻射。而如果是臟水，那么更容易捕獲中子，進(jìn)而變得更加具有放射性。這不會影響到核心——因?yàn)楹诵牟粫焕鋮s水影響。但是會使得操作員更難處理這些具有輕度放射性的活化水。但是“計(jì)劃A”失敗了——系統(tǒng)無法冷卻，并且也沒有額外的純凈水。因此“計(jì)劃B”被啟動。而這就是目前正在發(fā)生的：為了

15、避免核心融化，操作員開始使用海水來冷卻核心。我不是十分清楚，他們是用海水浸泡住壓力容器（第二層護(hù)罩），還是淹住反應(yīng)堆外殼（第三層護(hù)罩）。不過這個(gè)不是我們現(xiàn)在要討論的。要點(diǎn)在于核燃料現(xiàn)在確實(shí)已經(jīng)冷卻下來了。因?yàn)殒準(zhǔn)椒磻?yīng)早就已經(jīng)停止，所以目前只有非常少量的余熱在產(chǎn)生。已經(jīng)使用了的大量冷卻水可以帶走這些余熱。因?yàn)槭亲⑷肓舜罅康乃?，所以目前核心已?jīng)無法再產(chǎn)生足夠的熱量去大幅度提升壓力。并且，海水中加入了硼酸。硼酸是一種“液體控制棒”。無論在發(fā)生

16、什么樣的衰變，硼都可以捕獲產(chǎn)生的中子并進(jìn)一步加速核心的冷卻。福島核電站曾經(jīng)十分接近核心融化。但是目前最壞的情況已經(jīng)被避免：如果沒有將海水注入，那么操作員就只能繼續(xù)旋松閥門以釋放壓力。第三層護(hù)罩必須完全密封，以避免其中發(fā)生的核心融化泄露出任何的放射性物質(zhì)，然后會經(jīng)過一段等待期，等待護(hù)罩內(nèi)的裂變副產(chǎn)品完成衰變，所有的放射性粒子會附著在護(hù)罩內(nèi)壁。冷卻系統(tǒng)最終會被恢復(fù)，融化的核心也會冷卻至一個(gè)可控的溫度。護(hù)罩內(nèi)部會被清理。然后需要做一項(xiàng)棘手骯臟

17、的事情——將融化了核心移出，將凝固了的燃料棒及燃料一塊一塊地裝入運(yùn)輸裝置，然后運(yùn)送到核廢料處理廠進(jìn)行處理。根據(jù)損壞狀況，核電站的這塊區(qū)域需要進(jìn)行修理或是徹底拆除。那么，目前留給我們的是什么呢？我的總結(jié)：?核電站會回到安全狀態(tài)并始終安全?日本處于第4級別INES核緊急狀態(tài)：核電站內(nèi)事故。這對于擁有電站的公司是件糟糕事情，對其他人來說沒什么影響。在釋放壓力時(shí)同時(shí)釋放了一些放射性物質(zhì)。包括非常小劑量的銫和碘同位素。如果在釋放時(shí)你正好坐在出口上

18、，那么你可能需要考慮戒煙使得你的期望壽命值回歸從前。這些銫和碘同位素會被帶入海水，然后就不會再檢測得到。?第一層護(hù)罩出現(xiàn)了一些損壞，意味著一定數(shù)量的銫和碘同位素也被釋放到了冷卻水中，但是不會有鈾或是其他什么臟東西（因?yàn)檠趸櫜蝗苡谒?。在第三層護(hù)罩內(nèi)有用于凈化水的裝置，這些具有放射性的銫和碘同位素會在那里被去除并且存儲為核廢料。?用于冷卻的海水會在一定程度上被活化。但是因?yàn)榭刂瓢粢呀?jīng)完全插入，所以鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是不會發(fā)生的。這就意味著“主要的