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在不少核电站的宣传资料中,核能被介绍成一种高效清洁且廉价的能源,比其他能源要优越得多。然而,日本东北地区里氏9.0级大地震的发生,令核电站的危险性暴露出来。一时间,人们谈核色变,不少国家开始对核电设施进行检修,即将上马的核电项目也暂缓,一些国家的民众甚至反对政府兴建新的核电站。
核电,究竟是天使还是魔鬼?核泄漏对人究竟会有怎样的危害?它是否如同传说中的那么可怕?人类今后还要发展核能吗?许许多多的疑问都在日本核泄露事故之后涌上人们的心头。
核能是如何被发现的
核能的发现只有百年的历史。1905年,物理学家爱因斯坦提出了相对论,这个深奥的理论推导出一个相当实用的质能转换公式。这个公式显示,质量可以转化为能量,而且转化的倍数是相当惊人的,是光速的平方,也就是9亿亿倍。若是能把1千克的物质完全没有损耗地转化为电能,居然能获得900亿千瓦时的电。
1938年,核物理学家发现某些不稳定的重金属在遭到中子轰击时会发生裂变,在此过程中部分质量可转化为能量。美国科学家开始利用放射性铀来制造炸弹,因为铀几乎可以在瞬间完成全部核裂变。根据计算,1千克铀全部裂变释放的能量是1千克黄色炸药(TNT)爆炸释放的能量的2 000万倍。原子弹不但爆炸时产生的能量和冲击波惊人,更令人胆寒的是铀235是一种危害人体健康的强放射性物质,它裂变的产物也大多有害人体健康。
接下来,科学家开始考虑和平利用核能来发电。相对核武器的爆炸来说,核电站要求放射性物质缓慢地裂变,并源源不断地释放能量用于发电。科学家开发出可以减缓中子轰击铀原子核速度的慢化剂,可以让核裂变缓慢可控地进行。科学家还开发出控制棒,可以吸收核反应堆中的所有中子,让核反应立即停止运转。核电站发电的原理和火力发电站类似,都是用燃料产生的热能去加热水,用热水和蒸汽推动涡轮机发电。这些水既是防止核反应堆过热的冷却剂,也是推动涡轮机的载体。通过上述的慢化剂、控制棒和冷却水,核电站就可以安全可靠地长期发电。
大地震为何引发核泄漏
2011年3月11日下午,日本发生里氏9.0级大地震之后,根据预先的自动化设计,震区内的所有核电站启动控制棒,自动关闭核反应堆,其中的核反应也随之立即停止。然而,为何核反应停止后反应堆内部还是持续高温?
这是因为核裂变虽然停止了,但是它产生的余热还很大。另外,地震之前核裂变的产物常常处于高度不稳定状态,还在持续不断地进行衰变,衰变的过程中会产生大量的热量。因此,福岛第一核电站面临的并不是核裂变失控,而是衰变热冷却系统失控。
日本震区内有多家核电站,为何只有福岛第一核电站出现爆炸事故?这是因为在震区内所有的核电站中,福岛第一核电站离震中最近,遭受到地震和海啸的冲击最大。海啸过去之后,核电站内的柴油发电机和油罐都被海浪冲走,核电站内复杂的电缆线路被破坏,海水带来的泥沙也塞住了部分冷却水的进出水管。因此,核电站一时难以恢复冷却系统。热量在密闭的反应堆内积聚,最终高温让密封反应堆的金属锆和水发生反应产生氢气,反应堆内的部分冷却水也在高温下分解为氢气和氧气。氢气和氧气达到一定浓度后,就发生了化学性爆炸。
不少人曾一度以为发生的是核爆炸。其实,福岛第一核电站发生的是相对较温和的化学性爆炸。核电站所用的核燃料中铀的浓度相对较低,一般为3%~5%,而要发生核爆炸,燃料棒中铀的浓度要达到95%以上才行。因此,无论哪个核电站发生事故,都不可能发生核爆炸。
既然没有发生核爆炸,氢气和氧气爆炸的产物是水,那么,放射性核污染物是从哪里来的呢?原来,爆炸损毁了核反应堆的外壳,核裂变产生的放射性物质随着爆炸扩散到厂房外部,并随着粉尘向远方扩散。
为了防止核泄漏事故升级,日本开始出动直升机和高压水车,不断汲取海水为反应堆降温。这也是一个权宜之计,因为海水不是理想的冷却水。后来,工作人员改用淡水注入核反应堆等方式进行降温。
为何各国要发展核电
既然核电站有核泄漏的风险,为什么各国要纷纷建设核电站?
这是因为建核电站带来的利远远大于弊。
核燃料体积小而能量大,1千克铀释放的能量相当于2 400吨标准煤释放的能量。因此,核电站的运输量要比火力发电站小得多。一座100万千瓦的大型烧煤电站,每年需原煤300~400万吨;同功率的核电站,一年仅耗铀含量为3%的低浓缩铀燃料28吨。
核电站的基本建设投资虽然比火力发电站大,但是它的燃料成本和维护成本都要小。
火力发电站不断地排放二氧化硫、氧化氮等大气污染物。而核电站设置了层层屏障,基本上不排放污染环境的物质。核电站正常运行时产生的放射性污染也很少,一年给周边居民带来的放射性影响,还不到一次X光透视所受的剂量。
正因为核电的上述优势,各国纷纷兴建核电站。目前,全世界共有核电站400多座,装机容量将近4 000亿瓦,其发电量约占全世界总发电量的16%。美国的核电站数量最多,达104座;法国59座,英国和俄罗斯也都在30座以上。
为了让核电更加安全可靠,科学家正在发展更加先进的核电技术。中国和美国已经开始建设第三代核电站,采用的“非能动系统”是靠重力等自然力来驱动和维持安全系统运作的。也就是说,即便失去动力,安全系统也可以自动启动,不受影响。此外,包括中国在内的多个国家正在研究核聚变发电技术,核聚变不会产生辐射强的重金属,核事故的风险性极低。
如何处理核电站的放射性废料是人们比较普遍关注的问题。除了采用更安全的填埋处理方式外,科学家开始尝试回收利用废料。近来,中国已经掌握了“动力堆乏燃料后处理技术”,实现了核废料的回收利用。此前,只有法国、英国、俄罗斯等少数国家掌握这项技术。
虽然历史上出现过好几次核电站核泄漏事故,但是我们不能因噎废食,就像不能因为每年有数以万计的人死于车祸而禁止汽车上路一样。我们相信,随着科学技术的不断发展,核能的利用将越来越安全,越来越高效,为人类应对能源危机做出越来越多的贡献。
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核泄漏会产生哪些危害?
历史上最大的核泄露事故是切尔诺贝利核事故,达到了最危险的7级。当时,包括核燃料在内的许多放射性物质是在核电站一场大火中随烟雾排放的。但是,在福岛核泄露事故中,没有核燃料和更多的核裂变产物外泄,只有碘和铯等易挥发的放射性物质从受损的反应堆中喷出。
核泄漏会威胁到人体安全和食品安全,人们可能通过直接接触空气和水中的放射性物质受到伤害,也可能因为吃的食物中含有放射性物质而受到伤害。核燃料棒及其裂变产物都是放射性物质,会产生α,β和γ三种高能射线,可损伤人体的肌体组织、细胞甚至DNA。受到放射性物质辐射损伤较轻者,可能出现乏力、不适、食欲减退等症状;受到辐射较重的则出现呕吐、腹泻、休克、白细胞数量下降、DNA受损等症状,更加严重的会很快患上癌症或死亡。
日本福岛第一核电站震区的民众正尽力避免或减少出门的机会,出门也戴好防尘口罩,进门就洗手和换洗衣服。家里大部分时间也是门窗紧闭,就是怕沾染到室外的核粉尘。在下雨天,人们更是不愿意出门,即使出门,也尽量把自己包裹得严严实实。戴口罩十分重要,因为放射性物质进入人体内的伤害比体外伤害要大得多。由于福岛及其周边地区的水域和土壤受到了放射性物质污染,那里出产的蔬菜、肉奶、海鲜等食品在一定时期内都不能食用。
吃什么东西对抗辐射效果好?
对抗辐射最好的物质就是多糖,特别是食用菌多糖,日常饮食中可以适当食用木耳、银耳、香菇、杏鲍菇等。食用菌多糖可有效吸附有害放射物,促进毒物排泄。炒食、炖食均可。
海参富含多糖和胶原蛋白,是很好的抗辐射食品。此外,动物肉皮、骨髓也有一定抗辐射作用。
我们还可以食用提高免疫力的食物,如高蛋白食物、富含胡萝卜素的食物,特别要多吃红色、黄绿色果蔬。
其他推荐食品包括:
黑芝麻:黑芝麻益肾,多吃补肾食品可增强人体免疫功能,有效保护人体健康。
紫苋菜:紫苋菜具有抗辐射、抗突变、抗氧化的作用,与其含硒有关。硒是一种重要的微量元素,能提高人体对抗辐射的能力。
绿茶:绿茶中的茶多酚,不仅有抗癌和清除体内自由基的效果,还可以抗辐射。每天喝绿茶对身体非常有益。茶叶中还含有脂多糖,能改善造血功能,升高血小板和白细胞的数量等。
番茄红素:番茄红素不仅具备卓越的抗辐射能力,且抗氧化能力极强。番茄红素广泛存在于番茄、杏、番石榴、西瓜、番木瓜和红葡萄等水果及蔬菜中。其中,番茄中的含量相对较高,多存在于番茄的皮和籽中。
藻类食品:海带、螺旋藻等含有丰富的植物蛋白、多种氨基酸、微量元素、维生素、矿物质和生物活性物质,可促进骨髓细胞的造血功能,增强骨髓细胞的增殖活力,促进血清蛋白的生物合成,从而提高人体的免疫力,具有明显的抗辐射作用。
核电,究竟是天使还是魔鬼?核泄漏对人究竟会有怎样的危害?它是否如同传说中的那么可怕?人类今后还要发展核能吗?许许多多的疑问都在日本核泄露事故之后涌上人们的心头。
核能是如何被发现的
核能的发现只有百年的历史。1905年,物理学家爱因斯坦提出了相对论,这个深奥的理论推导出一个相当实用的质能转换公式。这个公式显示,质量可以转化为能量,而且转化的倍数是相当惊人的,是光速的平方,也就是9亿亿倍。若是能把1千克的物质完全没有损耗地转化为电能,居然能获得900亿千瓦时的电。
1938年,核物理学家发现某些不稳定的重金属在遭到中子轰击时会发生裂变,在此过程中部分质量可转化为能量。美国科学家开始利用放射性铀来制造炸弹,因为铀几乎可以在瞬间完成全部核裂变。根据计算,1千克铀全部裂变释放的能量是1千克黄色炸药(TNT)爆炸释放的能量的2 000万倍。原子弹不但爆炸时产生的能量和冲击波惊人,更令人胆寒的是铀235是一种危害人体健康的强放射性物质,它裂变的产物也大多有害人体健康。
接下来,科学家开始考虑和平利用核能来发电。相对核武器的爆炸来说,核电站要求放射性物质缓慢地裂变,并源源不断地释放能量用于发电。科学家开发出可以减缓中子轰击铀原子核速度的慢化剂,可以让核裂变缓慢可控地进行。科学家还开发出控制棒,可以吸收核反应堆中的所有中子,让核反应立即停止运转。核电站发电的原理和火力发电站类似,都是用燃料产生的热能去加热水,用热水和蒸汽推动涡轮机发电。这些水既是防止核反应堆过热的冷却剂,也是推动涡轮机的载体。通过上述的慢化剂、控制棒和冷却水,核电站就可以安全可靠地长期发电。
大地震为何引发核泄漏
2011年3月11日下午,日本发生里氏9.0级大地震之后,根据预先的自动化设计,震区内的所有核电站启动控制棒,自动关闭核反应堆,其中的核反应也随之立即停止。然而,为何核反应停止后反应堆内部还是持续高温?
这是因为核裂变虽然停止了,但是它产生的余热还很大。另外,地震之前核裂变的产物常常处于高度不稳定状态,还在持续不断地进行衰变,衰变的过程中会产生大量的热量。因此,福岛第一核电站面临的并不是核裂变失控,而是衰变热冷却系统失控。
日本震区内有多家核电站,为何只有福岛第一核电站出现爆炸事故?这是因为在震区内所有的核电站中,福岛第一核电站离震中最近,遭受到地震和海啸的冲击最大。海啸过去之后,核电站内的柴油发电机和油罐都被海浪冲走,核电站内复杂的电缆线路被破坏,海水带来的泥沙也塞住了部分冷却水的进出水管。因此,核电站一时难以恢复冷却系统。热量在密闭的反应堆内积聚,最终高温让密封反应堆的金属锆和水发生反应产生氢气,反应堆内的部分冷却水也在高温下分解为氢气和氧气。氢气和氧气达到一定浓度后,就发生了化学性爆炸。
不少人曾一度以为发生的是核爆炸。其实,福岛第一核电站发生的是相对较温和的化学性爆炸。核电站所用的核燃料中铀的浓度相对较低,一般为3%~5%,而要发生核爆炸,燃料棒中铀的浓度要达到95%以上才行。因此,无论哪个核电站发生事故,都不可能发生核爆炸。
既然没有发生核爆炸,氢气和氧气爆炸的产物是水,那么,放射性核污染物是从哪里来的呢?原来,爆炸损毁了核反应堆的外壳,核裂变产生的放射性物质随着爆炸扩散到厂房外部,并随着粉尘向远方扩散。
为了防止核泄漏事故升级,日本开始出动直升机和高压水车,不断汲取海水为反应堆降温。这也是一个权宜之计,因为海水不是理想的冷却水。后来,工作人员改用淡水注入核反应堆等方式进行降温。
为何各国要发展核电
既然核电站有核泄漏的风险,为什么各国要纷纷建设核电站?
这是因为建核电站带来的利远远大于弊。
核燃料体积小而能量大,1千克铀释放的能量相当于2 400吨标准煤释放的能量。因此,核电站的运输量要比火力发电站小得多。一座100万千瓦的大型烧煤电站,每年需原煤300~400万吨;同功率的核电站,一年仅耗铀含量为3%的低浓缩铀燃料28吨。
核电站的基本建设投资虽然比火力发电站大,但是它的燃料成本和维护成本都要小。
火力发电站不断地排放二氧化硫、氧化氮等大气污染物。而核电站设置了层层屏障,基本上不排放污染环境的物质。核电站正常运行时产生的放射性污染也很少,一年给周边居民带来的放射性影响,还不到一次X光透视所受的剂量。
正因为核电的上述优势,各国纷纷兴建核电站。目前,全世界共有核电站400多座,装机容量将近4 000亿瓦,其发电量约占全世界总发电量的16%。美国的核电站数量最多,达104座;法国59座,英国和俄罗斯也都在30座以上。
为了让核电更加安全可靠,科学家正在发展更加先进的核电技术。中国和美国已经开始建设第三代核电站,采用的“非能动系统”是靠重力等自然力来驱动和维持安全系统运作的。也就是说,即便失去动力,安全系统也可以自动启动,不受影响。此外,包括中国在内的多个国家正在研究核聚变发电技术,核聚变不会产生辐射强的重金属,核事故的风险性极低。
如何处理核电站的放射性废料是人们比较普遍关注的问题。除了采用更安全的填埋处理方式外,科学家开始尝试回收利用废料。近来,中国已经掌握了“动力堆乏燃料后处理技术”,实现了核废料的回收利用。此前,只有法国、英国、俄罗斯等少数国家掌握这项技术。
虽然历史上出现过好几次核电站核泄漏事故,但是我们不能因噎废食,就像不能因为每年有数以万计的人死于车祸而禁止汽车上路一样。我们相信,随着科学技术的不断发展,核能的利用将越来越安全,越来越高效,为人类应对能源危机做出越来越多的贡献。
链接
核泄漏会产生哪些危害?
历史上最大的核泄露事故是切尔诺贝利核事故,达到了最危险的7级。当时,包括核燃料在内的许多放射性物质是在核电站一场大火中随烟雾排放的。但是,在福岛核泄露事故中,没有核燃料和更多的核裂变产物外泄,只有碘和铯等易挥发的放射性物质从受损的反应堆中喷出。
核泄漏会威胁到人体安全和食品安全,人们可能通过直接接触空气和水中的放射性物质受到伤害,也可能因为吃的食物中含有放射性物质而受到伤害。核燃料棒及其裂变产物都是放射性物质,会产生α,β和γ三种高能射线,可损伤人体的肌体组织、细胞甚至DNA。受到放射性物质辐射损伤较轻者,可能出现乏力、不适、食欲减退等症状;受到辐射较重的则出现呕吐、腹泻、休克、白细胞数量下降、DNA受损等症状,更加严重的会很快患上癌症或死亡。
日本福岛第一核电站震区的民众正尽力避免或减少出门的机会,出门也戴好防尘口罩,进门就洗手和换洗衣服。家里大部分时间也是门窗紧闭,就是怕沾染到室外的核粉尘。在下雨天,人们更是不愿意出门,即使出门,也尽量把自己包裹得严严实实。戴口罩十分重要,因为放射性物质进入人体内的伤害比体外伤害要大得多。由于福岛及其周边地区的水域和土壤受到了放射性物质污染,那里出产的蔬菜、肉奶、海鲜等食品在一定时期内都不能食用。
吃什么东西对抗辐射效果好?
对抗辐射最好的物质就是多糖,特别是食用菌多糖,日常饮食中可以适当食用木耳、银耳、香菇、杏鲍菇等。食用菌多糖可有效吸附有害放射物,促进毒物排泄。炒食、炖食均可。
海参富含多糖和胶原蛋白,是很好的抗辐射食品。此外,动物肉皮、骨髓也有一定抗辐射作用。
我们还可以食用提高免疫力的食物,如高蛋白食物、富含胡萝卜素的食物,特别要多吃红色、黄绿色果蔬。
其他推荐食品包括:
黑芝麻:黑芝麻益肾,多吃补肾食品可增强人体免疫功能,有效保护人体健康。
紫苋菜:紫苋菜具有抗辐射、抗突变、抗氧化的作用,与其含硒有关。硒是一种重要的微量元素,能提高人体对抗辐射的能力。
绿茶:绿茶中的茶多酚,不仅有抗癌和清除体内自由基的效果,还可以抗辐射。每天喝绿茶对身体非常有益。茶叶中还含有脂多糖,能改善造血功能,升高血小板和白细胞的数量等。
番茄红素:番茄红素不仅具备卓越的抗辐射能力,且抗氧化能力极强。番茄红素广泛存在于番茄、杏、番石榴、西瓜、番木瓜和红葡萄等水果及蔬菜中。其中,番茄中的含量相对较高,多存在于番茄的皮和籽中。
藻类食品:海带、螺旋藻等含有丰富的植物蛋白、多种氨基酸、微量元素、维生素、矿物质和生物活性物质,可促进骨髓细胞的造血功能,增强骨髓细胞的增殖活力,促进血清蛋白的生物合成,从而提高人体的免疫力,具有明显的抗辐射作用。