作者简介

      李玉崙，博士、研究员，国际清洁能源论坛（澳门）副理事长兼专家委员会主席。长期从事反应堆、核电工程、核安全及核能发展策略研究。曾任中国原子能科学研究院副院长、原中国核工业总公司（核工业部）副总经理（副部长）。

      摘要

核裂变能转化为电能的过程伴随产生放射性核素，并有大规模向环境释放的风险且后果严重。本文依据核能链放射性的来源及存量扼要分析了核能链的风险特征和各环节相对的风险。

福岛核事故灾难性后果的“警示”对发展核电的积极作用在于：促使各国政府提高了发展核电的生态文明意识，推动了核电发展的“安全至上”原则，加强了对小概率高危害事件造成的核安全威胁的重视，推动了全球核安全标准和设计准则升级并获得国际广泛共识。基于中国核电现状，本文分析了核电发展面临的若干问题、困惑及相应对策。

      关键词  放射性源项 辐射风险 核电安全性 概率安全评价

一  核电的科学定位是低碳能源

1. 核裂变能的科学属性及特征

开发利用核裂变能，核裂变过程中有三个重要特征：第一，核裂变过程可释放出巨大能量；第二，每次核裂变释放出2-3个快中子和高能瞬发γ射线；第三，核裂变过程产生裂变产物。这也是中子裂变系统的基本属性或特征。^{[1, 2]}

人们对核电的裂变产物给予特别关注，核裂变过程产生的大量裂变产物是反应堆潜在的主要危险。以铀-235为例，其热中子裂变方式在40种以上，生成初级裂变产物（裂变碎片）在80种以上。裂变碎片在经过一系列β衰变后，在裂变产物中产生250多种放射性核素和50多种稳定同位素。大部******变产物除了放出β粒子外，还放出缓发γ射线。少数激发能足够高的裂变碎片如溴-87和碘-137在β衰变过程中还放出缓发中子（以下均以热中子轻水堆为例讨论）

有些裂变产物有较长的半衰期和很强的放射性，这给核电厂及核能链后端的乏燃料贮存、运输、处理和最终处置带来一系列特殊困难和风险。这是核电备受全球关注的根源所在，因为若发生大量放射性外泄，对生态环境有潜在长久影响。

2. 核电是“低碳能源”而不是“清洁能源”

核裂变能的科学属性决定了核裂变能发电的优势和风险同在。

2.1 核电是“清洁能源”的先决条件

在反应堆内核裂变过程中生成的250多种放射性核素，具有很强的放射性，是潜在的主要风险。反应堆内的放射性源项与燃料的燃耗有关。一座百万千瓦核电反应堆运行几个月时间，累积的裂变产物放射性总量，在停堆30分钟后测量，约为3×10²⁰ Bq（贝克），相当于8000吨镭的放射性。苏联曾经采用的核事故后居民避迁标准为地面污染1.48×10⁶ Bq/m²，上述累积放射性总量会给人以“惊恐”的印象。两年前福岛核事故的影响，就其深度和广度而言超过了切尔诺贝利核灾难。但要指出的是，只要核电站正常运行，当代固体陶瓷燃料中（其他形式的燃料另当别论），占放射性总量98%以上的裂变产物留存在陶瓷燃料芯体中，除非芯体熔化。其余1-2%的裂变产物（主要是在芯体表层的氪、氙、碘、铯等少量惰性气体和挥发性物质）扩散到芯体和包壳之间的间隙中，被包壳密封起来。所以，也有核电厂将保持芯体自身完整性当作防止核泄漏的一道纵深防御的实体屏障。

国际上为防止气态裂变产物逸入环境，一般设有三道纵深防御的实体屏障：①燃料棒包壳；②一回路压力边界；③安全壳、屏蔽密封厂房（也有把这项视为二道屏障的，如日本）。虽然采取了严密的保护措施，但一旦发生严重事故（大量燃料组件熔毁）并导致放射性大量向环境释放，对生态环境和公众健康的影响就很严重，甚至导致灾难性后果。如切尔诺贝利和福岛核事故。发生这种事故的核电，何谈“清洁”？显然，只有在核电厂不发生大量放射性外泄事故时才能说核能发电是“清洁”的，这是先决条件。核电不能无条件地作为“清洁能源”，核能链的前端和后端也不是清洁的。

核电厂与常规火电厂比较，主要优点在于：①能量密度高，1千克铀-235或钚-239提供的能量约等于2300吨无烟煤，1千克天然铀可代替20-40吨煤，大量节省燃料费（动态变化的）。在每kWh的发电成本中核电燃料费约占不到25%，煤电燃料费占40-60%，气电燃料费站60-75%。②燃料数量少且不受运输和贮存的限制。③核电厂不向环境排放CO₂等温室气体，也不排放SO₂、NO_X等有害气体和尘埃。当然，正常运行和检修时，不可避免地会有少量放射性物质从主回路系统中泄漏或排出，进入环境，但影响较小。④总体上核能链（前端除外）气态、液态和固态废物量少。后端，包括乏燃料后处理产生的高放废物量少，但放射源项强度高。

正常运行的核电厂的热排放、热污染对常规性的环境影响，比其很少的放射性排放要大。裂变能发电是用饱和蒸汽循环将热能转化成电能，比火电厂过热蒸汽循环的热效率低，当然更远低于在我国已推广的超临界和超超临界火电厂机组的热效率，因此，核电厂向环境排放的废热或热污染要多。此外，核电存在以下问题：投资成本大、财务风险也大；目前核电在中国作为基荷运行，未来可能要求参与调峰，为此要技术改造；一旦发生事故，有局部社会稳定的风险。

综上所述，核电是由核裂变能转换为电能，伴随产生具有强放射性的危险源，且存在向环境大量释放的高风险，这是核电的环境属性，是最基本的科学事实。它决定了核电优势很显著，缺点也很突出。

核电是小概率高危害行业，严重核事故的影响可以跨越国界。福岛核事故发生后，日本向海洋倾排大量放射性废液，致使中国总理*********不得不向日本喊话。

2.2 核电是低碳能源

关于已进行的核能链温室气体排放的评估，主要是基于Ⅱ代轻水堆。公认的Ⅲ代轻水堆也只有少数先进沸水堆ABWR在日本投入商业运行，而Ⅲ代压水堆（EPR和AP1000）在全世界都尚未建成投产。

2008年索瓦库（Benjamin K. Sovacool）总共分析了103篇生命周期研究报告，统计分析显示，核电厂全生命周期的温室气体排放范围很宽，每1 kWh的CO₂当量的特别低值为1.4g，特别高值达288g，均值为66g（参见表1）。相比之下，可再生能源发电每1 kWh的CO₂当量均值是9.5-38g，化石燃料厂发电每1 kWh的CO₂当量均值是443-1050g。索瓦库的结论是，在抗争气候变化方面基于每1 kWh的电力生产，核能技术比化石燃料厂更有效7-16倍^[3]。

表1. 核能链温室气体排放有资质的研究报告的摘要统计

数据源： Sovacool, B.. Valuing the Greenhouse Gas Emission from Nuclear Power：A Critical Survey. Energy Policy. 2008. 36: 2940-2953

与化石燃料电厂相比，核电是一种大规模的低碳发电能源。由于核能链的前端，铀矿开采特别是硬岩矿开采过程中，粉尘污染、尾矿和废矿石需处置，放射性弱但数量庞大，而核电厂和后端，很强的放射性源项的存在具有潜在风险。因此核能链的这些属性决定了核电仅是低碳能源，还算不上清洁能源。