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杂谈
前面说到中东和北非的乱局,导致世界能源市场的动荡。
对很多人来说,尤其是华尔街的人来说,你利比亚杀来杀去,死它几百万人,人家都不太在乎。因为利比亚对全球能源的影响,并不是决定性的。
真正对世界能源有影响,那就是沙特动荡。按照华尔街的说法,如果沙特动荡,那么你就要考虑一下石油2百美元一桶,会对经济有什么影响。
当然如果你对计算感兴趣的话,那就要多用一些数字。华尔街的建议,是你应该一直算到5百美元一桶的价格。
其实要摆脱对中东和北非石油的依赖,除了俺建议的开拓周边国家的石油能源,比如说南海和东南亚等等,或者说增加天然气的运用之外,还有一个办法,就是要加大核能的比重。
但是在这次日本经历的大地震中,现在碰到的一个大问题,就是日本福岛第二发电厂出现了可能的核岛熔化而出现核泄漏问题。
这个估计会对中国的核能利用产生不是负面影响。
因此这个系列,就是想对大家进行核能运用的初级科普,免得大家被“有良心”的XX学家们,给卖了拐了。这个XX,可以是历史、金融、经济、地震等等,这个你懂的。
福岛第二核子发电厂,总共有4个反应堆。这次出了问题的第一反应堆,和开始要出问题的第三反应堆,是东芝的产品。第二反应堆和第四反应堆,是日立的产品。每个反应堆的发电量相同,都是110万千瓦,分别在1982年、1984年、1985年和1987年,上网发电。
这些反应堆的设计,都是一样,是BWR-5型。
在核能技术上,大家可能都听说过重水堆和轻水堆的区别。其实主要的不同,就是你用来做中子减速器的东西不同。一个是含有氧化氘的水,称为重水,一个是不含氧化氘的水,称为轻水。
这两种方法各有所长,但是重水的一个主要功能,就是发电之后的副产品,是可以用来制造核子武器。而轻水堆,就不会有这个担忧,因此是很多民用核能的主要选择。
在轻水堆中,大概是两大类型。最常用的一种,叫做PWR,也称为加压堆。而日本福岛的是另一种类型,也称为沸腾堆。
其实这两种类型差距不是特别大。要理解这个,你要知道,所有的核能,你必须有一个东西,叫做反应堆。这里就是你的核燃料在这里进行核裂变。对这个反应堆的理解,就是说里面有核燃料,再加上控制棒等等,来进行可控制的核反应。
那么在核反应之后,产生了大量的热量,你必须把这个热量给带出来。那么所谓轻水,就是靠水泵给打进去,然后在反应堆里面,变成了蒸汽,在输出来。
压力堆和沸腾堆的主要区别,就是沸腾堆的轻水,是会沸腾的。而压力堆,是靠压力保持高温,是不需要沸腾。
那么这个蒸汽出来之后,通常是通过两级的涡轮机,先是高压涡轮机,然后压力降低的蒸汽,就通过低压涡轮机,来产生转力。
那么这个转力,出来干什么呢?有两个用途,一个是接上发电机,用来发电机。
另一个功能,就是接上螺旋桨,作为交通工具的动力。现在的用处,基本上是两个地方,一个是核动力航空母舰,一个是核动力潜艇。
所以从理论上来讲,你的核反应堆,如果可以做到微型、安全、常温常压运行等等,你是可以搞核动力飞机、核动力汽车,或者搞一个居住小区的核电小站。
估计看到这里,有不少人屁股开始坐不住了,呵呵。
回到日本福岛的问题,就是你轻水堆里面的轻水,其实是一个内循环。就是推动完涡轮机之后,这些蒸汽就进了冷凝器。这里就必须进行另一个热交换,就是另外一个冷水,就将这些蒸汽的热能带走,然后人家蒸汽,又变成了液体,再通过水泵,给打进反应堆去,如此往复,以至永远。
那么这个第二次热交换的外循环,在福岛就是用了海水来实现的。
好了,等到地震了,就出现一个问题,那就是电力中断。这个问题,一出现,就使得你抽海水进行外循环的水泵,和将液体轻水推到反应堆的水泵,都不工作了。
那不是应该有后备发电机吗?是的,后备的柴油发动机是工作了一下子,就是几分钟吧。结果就是海啸来了,把柴油发动机给水淹七军了。这个时候,最后的电池,就开始发力了。
可是这个电池只有8个钟头的力气,这样的话,慢慢就没有办法去冷却反应堆了,这个时候反应堆里的温度越来越高,到了不可控制,那就要熔化了。一熔化,气体在里面一爆炸,反应堆的金刚壳子一化掉,那么核辐射就飘出来了。
而且一飘,就可能飘过太平洋到美国来。现在日本的最后一招,就是灌海水进反应堆,看可不可以把核燃料给冷却下来。
如果看一下第二代核电的表现,现在只发生了三场大事故,分别是1979年美国的三里岛、1986年苏联的切尔诺贝利,和日本福岛的这次事件。
虽然说数量上比较安全,但是因为大家都是谈核色变,一个事故的危害程度也比较大,因此如何搞出新一代的技术,就是说核电站第四代,是各国努力的方向,而中国在这方面,也加快的研发步伐,和投注了大量资金。
可以说大概从2020年到2030年,应该是这些技术开始成熟,可以运用的时间段。
闲话72:自作自受兼害己害人
今天看到日本的福岛第一电厂,终于接近全面核融化了。
首先要说明的是,这次的核子大灾难,不仅仅是天灾,而是人祸。
日本核工业的信用本来就非常差,之前的二十来年,发生了至少三到四次核事故,但都被利益集团,加上日本的政府和媒体,一起给捂盖子捂住了。
这几天逐渐透露出来的不完全的信息,其实后备的柴油发电机并不是被海啸给灭掉了。而是在设计中,这些反应堆的备用电力交换器,就是当正常电力失常之后,后备电力转换上来的设备,是建在最低点的。
而日本用来保护这些电力设备,靠的是防水墙。结果地震之后,防水墙裂了,海水就灌了进来。
所以后备发电机运作了不到1个钟头,在海啸还没有冲来的时候,就已经挂掉了。
这之后,靠消防车直接往反应堆里面灌水,因为温度很高,而且压力大,这种做法已经被不少核子专家质疑,是否有用。不过大家,都不好意思公开宣称无用,以免引起不必要的恐慌。
在这个时候,海水进去,马上就蒸发,就必须另一头放含有核辐射的蒸汽出来,减低压力,以便于更多的海水打进去。
这个是发生在一号堆和三号堆的事情,就是虽然发生了氢气爆炸,但是还没有迫在眉睫的危险。
可是二号堆,就没有这么幸运了。一个泄漏蒸汽的阀门失灵了,导致海水进不去。另一个可能,就是这个堆的底部已经有了裂口,导致海水泄漏出来,水平面上不去。
总而言之,二号堆恐怕是已经全部溶解了,日本已经开始撤退抢险人员。这么看来,其他两个堆,没有人抢救,也会全部溶解。
最要命的是,日本人采取了燃料,不是大家通用的铀,而是铀和钚混合体。这样做,增加了安全危险。
其实这也是日本一直灭而不宣的“和平核能”政策,就是通过所谓和平的利用核能,日本名正言顺地生产和储存了可以制造几千颗原子弹的钚,再加上日本的技术,可以快速地安装原子弹,用来制衡它认为有威胁的国家。
其实说到底,日本人的这种算盘,和伊朗现在干的事情,是差不了太多的。
当然主要区别,就是人家伊朗人选择的地方,可不是强地震地带,也不是强海啸地带。
而现在这几个反应堆出现彻底融化之后,会对日本东京地区带来什么样的核辐射影响,是一个令人担心的问题。
谈到这个问题,自然不能回避中国的核安全问题。
中国现在运行的核电站有两个,一个是在广东的大亚湾,其实是两个核电站。一个是大亚湾的两个机组,一个是岭澳的4个机组。这些机组采取的是法国的压力堆和 英国的常规岛设备,是属于三代核电技术,比日本这次出事情的二代要安全不少,毕竟是经过了美国三里岛和苏联切尔诺贝利的事故之后,大家吸取经验,进行了改 进。
另一个是在浙江的秦山核电站,是中国利用的压力堆的技术自己研发的。
现在进行建设的,就有山东位于青岛北部的海阳核电站两个机组,和浙江唯一宁波南部的三水核电站两个机组。这四个机组,是用了美国的西屋的AP1000技术,是属于三代半的技术。
另外就是位于广东台山的两个机组,是用了欧洲的EPR技术,也是最先进的三代半。
中国的核电站,选址和日本非常不同,是绝对不能在地震带上面。
其次就是因为太平洋岛链的屏蔽作用,中国沿海基本上没有太大的海啸威胁。
不过话也不能说得太满。俺自己的估计,现在中国已经运行和正在建设的核电站,估计没有考虑到飞机撞击的因素,而这个因素,其实应该好好考虑。
毕竟自从美国的911事件之后,劫持民航机,来撞你的核电站,是一个非常现实的安全隐忧。如果借助这次日本核辐射的事件,引发中国政府对此的重视,当为好事。
另外在日本的这个核灾难中,大家其实中了调虎离山之计。
因为真正危险的东东,并不是核燃料的彻底溶解。
当然这个也是问题,但是更要命的是,燃烧过的核废料泄漏,更要命。
美国长岛的布鲁克黑文国家实验室,在1997年的时候,做过核废料泄漏的模拟。得出的结论是,一次严重的单个反应堆泄漏,导致的结果是在500英里的区域内,立即死亡的人数,会达到100人,而最终导致的综合死亡人数,是13万8千人。
而整个受到辐射影响的区域,是2170英里,最终的经济损失是5460亿美元。
这个研究用的反应堆模型,就是日本现在出事的沸水堆。
日本福岛第一电厂的4、6和6号反应堆,因为维修,在地震发生的时候并没有运作。但是因为这些核废料需要放在水池里面,靠冷却水继续冷却。而这一次,因为整个冷却系统失灵,第四号反应堆的水干了,人家自己发热着火了。
因为这个水池,通常是在最高的地方,这一次1、2和3号堆,都发生了爆炸,把建筑物的顶给掀翻了,所以这些核废料都可以直接接触大气。
当然这些核废料多快时间开始发热,也要看数量的多少,和新旧程度。如果比较新的话,那么几天到一个星期,就会变热,然后一个星期后,就危险了。
不过日本人对这些核废料的情况如何,现在是守口如瓶。
闲话73:再谈核电站
上一篇出来之后,受到了不少读者的质疑,因此这一篇对核电站继续讨论,并更正前面不正确和不准确的说法,毕竟俺和大家一样,都是大老粗,因此同时学习。
首先说一下日本的钚。有读者认为,日本的钚大部分是钚240,不适合用来做核武器。
通常的话,当你用铀238这种非常普遍的核燃料来进行反应的话,如果是吸收了一个中子,那就变成了钚239,然后再吸收一个中子,就变成了钚240。
那么钚239是做原子弹的好材料。通常如果你的钚之中,只含有7%的钚240,但是含有93%的钚239的话,就是最理想的材料。这个水准,通常称为武器水准。
如果钚239的含量,是在80%-93%之间,那么就是燃料水准,低于80%,就是反应堆水准了。
那么从钚239到钚240之间的产生方法,其实没有多大区别。主要就是你燃烧的充分度如何。
你燃烧得越充分,变成钚240就越多。而燃烧得不充分,那么变成钚239就越多。
当然如果你的目标,是要产生电力,那么当然是越充分越好。而如果你的目标,是要产生核燃料,自然就不要那么充分,这个不是太难以理解的事情。
那么就算是在现在的轻水堆里面,如果你出了一个轻微的“事故”,比如说燃料通道受阻了,那么你现在的燃料棒就要提前换了。这个时候,把没有烧完的燃料棒拿出来,再换新的进去,啊,一不小心,居然俺就有钚239了。
这个是不小心搞出来的哦,不要怪俺不地道。你懂的。
当然后来美国发明了一个办法,就是俺把钚239加工一下,混到铀里面去,就成了混合燃料,也成为MOX。这样不就解决了问题吗?
确实这样放进去一烧的话,那么就把浓度烧得更低,烧到60-70%左右,就更没有可能搞原子弹了。
可是这个决定引起了不少反核子扩散的专家的反对。因为本来钚239是作为军事用途,因此其国际监管是很严格的。那么一旦你把它给开发成为民用的商业用途,那么就会带来管理松弛的局面。
本来说是,你有多少钚239都是要报案的,现在好了。俺有多少吨不见了,哪去了?哦,混成MOX,运到日本去了。所以从文字上面是很清晰的。
可是谁知道你真的把它给混成了MOX?你要是装模作样的运走了,然后人家拿回国,找一个地方偷偷地放起来,然后说,哦,那些MOX,这个星期已经烧掉了。不信?拿一点烧过的东西给你看一看?
所以防扩散专家们是很担忧这样的事情发生的。
当然这个还是从其他国家,比如说美国和法国进口MOX的事情。如果人家自己国产化了,你又从哪里去追踪?
比如说日本和美国秘密签订的核协定,两国政府几十年来一直都在否认,不是最近在不得不承认,是有那么一个违法日本宪法的东东存在?
所以说日本在地震多发高危险地带、海啸高危害地带,搞出这么多的不安全的核电站,出了解决能源问题,不顺便考虑一下变成一个事实核子武器国家,就是说不用立即有原子弹,但是有足够的核材料和足够的技术,可以一晚上就把核武器装配出来,那才是大傻瓜呢。
当然如果你可以搞得安全一点,大家也无话可说。因为除了你的主子美国之外,也没有谁想着用原子弹砸你。
但是你自己搞不安全的核技术,比如说日本的东京电力公司,搞出来的核事故,也不是一次两次,更不是一年两年,倒最后害了自己,还要害别人,就由不得大家要骂你了。
而且这一次的1号和3号堆,还可以赖人家海啸(其实不关海啸的事情),那么2号堆和本来没有运作的4号堆,都是人为的最低级的错误,这个不赖你赖谁?
其实日本选择用的沸水堆,本身设计上安全就有问题。
这种设计,叫做Mark一号,是有美国通用电气公司于1960年代设计出来的。和压力堆的最大区别,就是这种设计的安全壳,远远比不上压力堆。而且在紧急状态下出问题,也是众所周知的事情。
这个结论,就是一旦冷却系统出了问题,那么安全壳(Primary ContainmentVessel)就会被过热的燃烧棒烧穿。
当时提出这个质疑的专家,叫做StephenHanauer,是美国原子能委员会的安全委员。他于1972年建议把这个类型的反应堆给关掉算了,因为其安全太成问题。他的忧虑,是因为这个类型的安全壳太小,而且里面的氢气会爆炸。
然后在1980年代中期,大家又开始了鼓噪。另一个专家HaroldDenton得出结论,这种类型的反应堆,如果燃料棒熔化的话,90%的机会将爆掉。
当然通用电气否认了这个结论,不过在1980年代泄漏出来的1975年的内部公司文件,表明这种安全壳的设计,并没有进行足够的实验,而且通用电气内部的结论,也认为这个设计有问题。
当然美国现在大概有23个这种类型的反应堆,分布在16个核电站。其中一些接近人口中心,比如说新泽西的OysterCreek,芝加哥的Dresden,和明尼阿波利斯的Monticello等等。
不过美国人在自己的专家鼓噪之后,虽然口头上死不认帐,但是还是悄悄地做了多次改进。
这次出了日本这个事故之后,这些核反应堆的命运如何,有待观察。但是就希望美国的紧急处理人员,不能像日本的这次这么脑残才行。
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