說起人類目前最先進(jìn)的能源，想來大家都會(huì)談到核能。在我們使用過的能源中，核能在能量轉(zhuǎn)換率、儲(chǔ)量和環(huán)保程度等各個(gè)方面都首屈一指。但是，過去幾十年里，核電站卻又多次發(fā)生了像蘇聯(lián)切爾諾貝利、日本福島這樣的嚴(yán)重事故，這不由讓人擔(dān)心，未來我們還能安全地使用核能嗎?
尋找核事故起因
核能又稱原子能，物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的同時(shí)會(huì)釋放出大量能量，在核電站，我們通常用高能中子撞擊放射性物質(zhì)，使其原子核結(jié)構(gòu)改變從而釋放能量。放射性物質(zhì)通常為鈾-235、鈾-233和钚-239，它們被制成一根根金屬棒，存放在厚厚的安全殼中，外圍還有多道屏障和防線來防止發(fā)生泄漏。
金屬棒以一定的間隔固定在反應(yīng)爐中，反應(yīng)爐頂端懸掛有由硼制成的控制棒。核電廠的工作人員向金屬棒發(fā)射高能中子，反應(yīng)開始。鈾或钚的原子核分裂成兩個(gè)原子核，同時(shí)釋放二至三個(gè)中子以及大量的能量，釋放出的中子繼續(xù)撞擊后續(xù)的金屬棒，反應(yīng)就這樣源源不斷地進(jìn)行下去。當(dāng)中子越來越多時(shí)，核反應(yīng)就會(huì)愈加強(qiáng)烈，這時(shí)必須插入控制棒來吸收過多的中子，減緩或中止核反應(yīng)的發(fā)生。
核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量首先被安全殼內(nèi)的水吸收，降低反應(yīng)爐內(nèi)部的溫度，防止其被燒毀。反應(yīng)堆在高壓力(約15.5MPa)下運(yùn)行，所以安全殼內(nèi)的水溫度超過100℃后仍能保持液態(tài)。這些帶有輻射顆粒的熱水沿管道進(jìn)入蒸汽發(fā)生器內(nèi)，隔著管道將熱量傳給新的干凈的水，產(chǎn)生高溫蒸汽，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。安全殼中出來的水冷卻后再次回到反應(yīng)堆中重新吸熱，如此循環(huán)反復(fù)，不斷將核能轉(zhuǎn)化成電能。
這樣一個(gè)設(shè)計(jì)嚴(yán)密的系統(tǒng)，為什么會(huì)發(fā)生泄漏和爆炸呢?再好的系統(tǒng)也擋不住人禍和天災(zāi)，切爾諾貝利和福島事故正好體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
1986年4月，為了維修和測(cè)試反應(yīng)堆，切爾諾貝利核電站的操作人員斷開了反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)。在測(cè)試過程中，反應(yīng)堆的發(fā)電功率大幅下降，為了提高反應(yīng)速率，操作人員不顧安全章程中控制棒的最少數(shù)量為30根的規(guī)定，拔出了大部分的控制棒，只剩下了6根。沒過多久，反應(yīng)失控，燃料棒熔化，蒸汽壓力迅速增加，反應(yīng)堆最終爆炸。
2011年，日本福島接連發(fā)生的地震和海嘯使核電站中推動(dòng)水循環(huán)的發(fā)電機(jī)發(fā)生了故障，沒有冷卻劑補(bǔ)充到反應(yīng)堆中，反應(yīng)堆的溫度無法下降，容納燃料棒的金屬管過熱破裂，氫氣逸出引發(fā)爆炸。
如何處理核事故
事故發(fā)生后，人們能做的唯有平息事態(tài)，減少損失，而到目前為止，我們處理核事故的方法，并沒有什么長進(jìn)。
切爾諾貝利核電站爆炸后，反應(yīng)堆中的鈾燃料暴露在空氣中，它不斷向外發(fā)射中子，這些中子繼續(xù)攻擊其他的鈾原子并分裂它們，鈾原子釋放出更多的能量，助長了爆炸產(chǎn)生的火勢(shì)。并且，由于安全殼損壞，反應(yīng)中釋放的輻射顆粒也逃逸到了空氣中，對(duì)任何接近它的人產(chǎn)生致命的威脅。
事故應(yīng)急小組抽了數(shù)百噸水來冷卻反應(yīng)堆堆芯，接著，他們用直升機(jī)將硼、鉛和沙子等物傾倒在燃燒的鈾燃料上。沙子能夠滅火，阻止奪命濃煙的釋放并限制放射性顆粒上升到大氣中。硼和鉛則致力于吸收中子，阻斷核反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。但是，這個(gè)方法的作用極其有限，劇烈的輻射毒倒了飛行員，直升機(jī)很難到達(dá)反應(yīng)堆中心，因此根本沒能將多少吸收中子的硼和鉛投擲到反應(yīng)堆中心。
數(shù)月后，大火熄滅了，蘇聯(lián)人用厚厚的混凝土保護(hù)罩將燒毀的反應(yīng)堆整個(gè)包裹了起來。但至今為止，事故周邊地區(qū)的核輻射水平仍遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，生活在這里的動(dòng)植物也時(shí)常出現(xiàn)輻射導(dǎo)致的畸形和變異。
日本福島核電廠的1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)反應(yīng)堆都發(fā)生了氫氣泄漏，炸毀了反應(yīng)堆廠房，反應(yīng)堆內(nèi)的核燃料發(fā)生熔毀。同時(shí)，從3號(hào)反應(yīng)堆釋放出的氫氣，通過管道進(jìn)入4號(hào)反應(yīng)堆的廠房，并在那里引起新的氫氣爆炸，使4號(hào)反應(yīng)堆中存放核廢料的儲(chǔ)存池受損。接連而起的爆炸引起了熊熊大火，核物質(zhì)通過土壤和地下水泄漏到自然界中。
日本核電站的工作人員同樣選擇用水來滅火，他們引來鄰近的海水徹底淹沒了反應(yīng)堆，反應(yīng)堆完全無法再工作，因此空氣中的放射性物質(zhì)不多，但海水中引入了大量的放射性物質(zhì)。2015年，美國研究人員在加拿大西部海港的海水中，檢測(cè)到了福島核電站所使用的放射性元素。2019年，又有研究人員發(fā)現(xiàn)，福島核電站的污染物已向北漂移至美國阿拉斯加州附近，這是北極圈周邊首次發(fā)現(xiàn)福島核事故污染物。這些污染物人們目前并沒有辦法清除，也無法估測(cè)它們對(duì)人體健康和生態(tài)安全將造成多大的影響。
如何預(yù)防核事故
既然核事故的危害無法估量，那么我們有什么辦法避免類似的事故再次發(fā)生嗎?
首先從核電站的選址和工作人員的培訓(xùn)方面就要考慮安全問題。在廠址確定后，針對(duì)可能受到的影響，核電站的周邊劃分有5千米、10千米等不同的應(yīng)急區(qū)域，不同區(qū)域制定相應(yīng)的應(yīng)急計(jì)劃。在平時(shí)的工作過程中，要加強(qiáng)對(duì)核電站工作人員的教育和培養(yǎng)，建立嚴(yán)格的監(jiān)督制度，并進(jìn)行定期的應(yīng)急演習(xí)，確保核電站在發(fā)生事故時(shí)能得到妥善處理。
在核電站的防護(hù)系統(tǒng)方面，科學(xué)家們也是煞費(fèi)苦心。多厚的混凝土墻可以抵抗爆炸的沖擊呢?為了得出結(jié)論，1988年，美國政府發(fā)射了一架F-4幻影噴氣式飛機(jī)，迎頭撞擊一塊混凝土墻。這塊厚度約3.66米的混凝土墻在接受了時(shí)速約770千米/小時(shí)的飛機(jī)的迎頭痛擊后，竟然近乎毫發(fā)無損，墻上最大的疤痕深度僅為60毫米，與它的厚度相比，這種程度的疤痕僅相當(dāng)于“擦傷”。因此可以認(rèn)為，目前核電站的混凝土外殼是非常安全的。
如果還不安心，核電站可以安裝美國普渡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的裂縫識(shí)別和量化系統(tǒng)。該系統(tǒng)全天不間斷地拍攝反應(yīng)堆防護(hù)層視頻，利用圖形處理與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法分析防護(hù)層視頻，可以識(shí)別出墻壁紋理的變化從而預(yù)測(cè)和鎖定裂縫的問題。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)識(shí)別裂縫的準(zhǔn)確率高達(dá)98.3%。找出了存在危險(xiǎn)的裂縫后，工作人員就可以及時(shí)修補(bǔ)防護(hù)層，預(yù)防事故的發(fā)生。
如果像福島那樣遭遇接連而至的地震和海嘯，防護(hù)層被破壞，人工智能也能采取及時(shí)的補(bǔ)救措施。人工智能判斷了情況的危急程度后，能決定是否開啟應(yīng)急系統(tǒng)，這彌補(bǔ)了人類工作人員可能存在的疏漏或誤判。
現(xiàn)代的反應(yīng)堆中大多還配備有化學(xué)噴霧，一旦噴出，就能淹沒整個(gè)反應(yīng)堆系統(tǒng)，最大限度地限制放射性物質(zhì)的泄漏。
雖然核電站頻頻發(fā)生意外和事故，但我們現(xiàn)在已無法離開核能，只能說核能雖好，在使用時(shí)還要更加小心才好。
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