本帖最后由 Callejon 于 2021-4-13 14:30 編輯 6 g9 O2 W f( V/ {* [4 \. v
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2021年4月13日早上，日本政府召開(kāi)相關(guān)閣僚會(huì)議，正式?jīng)Q定向海洋排放福島第一核電站含有對(duì)海洋環(huán)境有害的核廢水。 ! c0 z+ w) U1 T7 b
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早在前幾天，福島核污水將排入海洋的消息公布后，就已經(jīng)引起了全世界特別是周邊國(guó)家強(qiáng)烈不滿(mǎn)，中韓兩國(guó)輿論對(duì)日本政府掀起新一輪討伐，甚至稱(chēng)此舉將讓日本成為人類(lèi)文明史上的罪人。
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這些核污水從何而來(lái)，為什么會(huì)源源不斷蓄積？排入海洋的污水放射性有多強(qiáng)？排入海洋后又會(huì)對(duì)我們的生活造成哪些影響？ 0 l4 c* L! X) M) k6 F! a7 l1 n
大量的核污水從哪里來(lái)？
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想要回答這個(gè)問(wèn)題，我們必須先了解一下福島核電站的結(jié)構(gòu)。按照原本的設(shè)計(jì)構(gòu)想，福島核電站存在五重安全防護(hù)措施。 ; O. {$ y: A8 a# d4 k
第一重是燃料丸。
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這是一種將高濃度的核燃料利用粉末冶金工藝壓制并高溫?zé)Y(jié)制成的藥丸狀或者圓柱狀物質(zhì)，通過(guò)這樣的工藝，核燃料經(jīng)過(guò)核反應(yīng)后向外界發(fā)生泄漏的可能性將大大降低。 ' A+ O* a2 B, k( u! @) V
第二重是燃料護(hù)套。
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利用鋯合金制成的套筒將350個(gè)燃料丸封裝起來(lái)，燃料丸和燃料護(hù)套合起來(lái)就是我們常聽(tīng)到的燃料棒。
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第三重是壓力容器。 ; v- N7 S7 _6 V; L
它是一個(gè)厚度達(dá)到15厘米的鋼制大罐子，也是核反應(yīng)堆中最為至關(guān)重要的防護(hù)結(jié)構(gòu)，裂變反應(yīng)就在這里發(fā)生，其加熱水后產(chǎn)生的蒸汽溫度將達(dá)到280攝氏度，壓力達(dá)到70到80個(gè)大氣壓。 ; v- p/ \! o) ^/ T3 c
第四重是核反應(yīng)堆安全殼。 " {0 I' [1 v1 x. }
安全殼是一個(gè)內(nèi)部加裝鋼板的鋼筋混凝土容器，它包裹在壓力容器外側(cè)。 ) T4 D/ v+ D% r6 T
第五重也是最外側(cè)的一重是反應(yīng)堆廠房。
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這是一個(gè)壁厚大約一米的方形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以有效防止阿爾法射線(xiàn)、貝塔射線(xiàn)、伽馬射線(xiàn)向外界的輻射。
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反應(yīng)堆安全機(jī)構(gòu)|來(lái)源：作者自制
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正常的核電站，放射性物質(zhì)連第一重防護(hù)，即燃料丸都無(wú)法突破。
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但福島核電站發(fā)生嚴(yán)重的堆芯熔毀事故后，熔融的燃料棒不僅進(jìn)入了壓力容器內(nèi)部，甚至已經(jīng)通過(guò)壓力調(diào)整管道落入安全殼中，這樣的熔融核燃料稱(chēng)為核燃料碎片，具有很強(qiáng)的放射性。 $ M2 P; t" c5 m2 b- l7 z5 P; {
為了保證堆芯溫度穩(wěn)定，東電目前正在持續(xù)利用水來(lái)冷卻壓力容器和安全殼，這些冷卻水將不可避免地與其中的核燃料碎片接觸，最終導(dǎo)致放射性物質(zhì)隨著冷卻水的排出而被帶到反應(yīng)堆外部。 l) G, p! z* g9 k3 i" e2 _+ R2 A# F
這些放射性物質(zhì)包括碘-131、銫-134、銫-137和鍶-90等，每種都會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成影響。此外，除了冷卻水，附近的地下水也不斷進(jìn)入反應(yīng)堆廠房，導(dǎo)致受污染水的量進(jìn)一步增加。
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這些受污染的水當(dāng)然不能直接排入海中，因此事故以來(lái)福島核電站一直將它們暫存在大型的儲(chǔ)水罐中，等待進(jìn)一步處理。
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每一個(gè)儲(chǔ)水罐的高度為12.5米，直徑12米，容量約為1220立方米，單個(gè)儲(chǔ)水罐約可儲(chǔ)存1000噸水。而這樣的水罐在整個(gè)福島核電站廠區(qū)共有1000多個(gè)，加起來(lái)可以?xún)?chǔ)存一百多萬(wàn)噸廢水。
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數(shù)字看起來(lái)不小，然而福島核電站每天新產(chǎn)生的污水就有數(shù)百?lài)嵵蓿?strong>目前的儲(chǔ)水罐容量到2022年秋季就將見(jiàn)頂。 ) e& l% p% | S
如何處理核污水？
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如此大量的核污水確實(shí)是一個(gè)棘手難題。
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很多人認(rèn)為只要持續(xù)建造新的儲(chǔ)水罐就可以解決問(wèn)題，但其實(shí)整個(gè)福島核電站廠區(qū)幾乎已經(jīng)布滿(mǎn)了儲(chǔ)水罐，而目前的剩余空間還要為將來(lái)的反應(yīng)堆報(bào)廢留下建設(shè)廠房的余地。
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此外，這些大水罐本身就是安全隱患，一旦發(fā)生重大事件，大量污水傾瀉而出足以釀成慘禍。 5 X( ?/ }& n6 H* j3 h6 a/ N
因此，無(wú)限修建儲(chǔ)水罐并不是一個(gè)一勞永逸的解決方案。日本政府也直言稱(chēng)，無(wú)法將水處理問(wèn)題無(wú)限期擱置。 % g$ u- ~8 I) n! y
根據(jù)日本政府提出的方針，處理核污染水應(yīng)遵循以下三大原則： ' \4 q$ R0 x: D# _, l: b' \' t
首先，盡量防止受污染水的產(chǎn)生； 其次，盡量去除水中放射性物質(zhì)； 最后，防止未經(jīng)處理污染水的泄露。
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根據(jù)其中第一條，東京電力在反應(yīng)堆廠房周?chē)扇×诵藿▋鐾潦秸谒诤痛蚓槿〉叵滤姆桨浮?/font> 4 `( S, a, a: n3 l
前者等于是在地下插入一系列制冷樁，將廠房周?chē)圃煲蝗鐾翆?，以防止地下水向廠房滲透。而后者則是直接抽出地下水，盡量降低地下水水位。
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這一措施很好地降低了進(jìn)入廠房的水量，使核污水產(chǎn)生量從2014年的每天470噸降低為2018年的每天170噸，再到目前的110噸。 4 Y7 Z+ z8 r/ }8 n& b
而第三條采取的對(duì)策則是通過(guò)在沿海一側(cè)設(shè)置巨型遮水壁，來(lái)防止未經(jīng)處理的受污染水滲入海中。 1 T1 N5 i5 d! u( d( X
第二條是整個(gè)污染處理的重中之重，東電為此建立了一套稱(chēng)為放射性廢水處理凈化系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)ALPS的設(shè)備。 , h2 x7 L8 s5 u1 Q7 I6 n. t
根據(jù)東京電力的說(shuō)法，這套設(shè)備可以去除除了氚以外的各種放射性物質(zhì)。
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如果東京電力公司所言屬實(shí)，所有受污染水在進(jìn)入儲(chǔ)存罐之前，已經(jīng)通過(guò)了ALPS的處理，那日本準(zhǔn)備排放到海洋的就只是含有微量氚的處理水。
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福島核電站的"水"問(wèn)題|來(lái)源：作者自制
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含氚水能不能直接排放？
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正常氫原子不含中子，我們稱(chēng)其為氕，含一個(gè)中子就變成了氘，而含有兩個(gè)中子就變成了氚。 - C+ E& j3 [5 [
我們都知道水是由氫原子和氧原子結(jié)合形成的，正常的水中，僅含有極為微量的氘和更加微量的氚。 0 F7 z* `5 }0 x3 Q
根據(jù)東電的監(jiān)測(cè)結(jié)果，福島核電站含氚水中氚的含量雖然超過(guò)普通水很多倍，但是1升水中仍然只有100納克的氚，換算成質(zhì)量不到百萬(wàn)分之一。如果在海洋中再被海水稀釋?zhuān)皾舛葎t將進(jìn)一步降低。
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根據(jù)日本政府的說(shuō)法，核電站含氚廢水的海水排放是國(guó)際上通行的做法，排放后的近海氚濃度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于WHO規(guī)定的人體安全限值。 : k1 y0 g/ O. l7 _! N+ J6 y
再來(lái)看看氚的放射性，氚的半衰期約為12年，通過(guò)釋放貝塔射線(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3，因此氚的放射性?xún)H僅來(lái)自貝塔射線(xiàn)。
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貝塔射線(xiàn)的能量在各種射線(xiàn)中屬于最低級(jí)，一張厚紙就能大大遮擋。 * V6 n( n+ U- k( K; T) \- J
類(lèi)似福島廢水這樣的貝塔射線(xiàn)劑量在體外不會(huì)對(duì)人體形成危害，而通過(guò)飲水進(jìn)入身體后，目前的醫(yī)學(xué)知識(shí)也證明氚在人體組織中沒(méi)有富集效果，會(huì)自然排出體外。 , E7 x9 v; E) K, A# Y2 N! k
氫的幾種同位素和含氚水|來(lái)源：作者自制0 b! Z2 T" a, a3 b
4 o: l& h6 N, n( T7 l' p6 D, b 除了向海水排放真的沒(méi)有別的辦法了嗎？
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含氚水和普通水化學(xué)性質(zhì)接近，分離困難，考慮到巨大的處理量，因此分離這些廢水中的氚幾乎是不可能完成的任務(wù)。
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' J0 ~8 Y( g7 z# d P1 Y 根據(jù)人類(lèi)目前的科技水平，處理含氚廢水大概有地層注入、海洋排放、蒸騰排放、電解水收集氫氣等方式。
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蒸騰需要消耗大量電力，且含氚水分子仍然會(huì)在風(fēng)力作用下以水蒸氣形式進(jìn)入海洋。電解水制氫雖然理論上可行，但資源耗費(fèi)巨大，同時(shí)也不可能在現(xiàn)有場(chǎng)地的基礎(chǔ)上再建設(shè)如此規(guī)模巨大的電解水制氫工廠。 ; n( j& V. H5 [ J I6 W
因此這些方式中能夠以合理的資源消耗實(shí)現(xiàn)處理目的的幾乎只有海洋排放和地層注入兩種選擇。 + N6 p* o r. V7 Z- h1 \2 u) X
但日本土地資源奇缺，相比于地層注入，排放到海洋顯然更加經(jīng)濟(jì)。 0 F0 M: H& m* y2 b( j6 ]6 z
如果排放的核污水如東電說(shuō)的已經(jīng)經(jīng)過(guò)了合格的處理，數(shù)據(jù)也經(jīng)過(guò)了多年慎重的論證，東電會(huì)按照既定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)排放，那么向海洋排放對(duì)周邊的影響就不是很大，我們沒(méi)必要擔(dān)心。 1 t9 O ^7 i5 l) I) g& v
但目前各國(guó)輿論仍然對(duì)即將開(kāi)始的排污憂(yōu)心忡忡。
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畢竟，在當(dāng)年的事故處理過(guò)程中，東京電力和日本政府已經(jīng)消耗了大家太多的信任。 出品：科普中國(guó) 制作：張昊（大阪大學(xué)） 監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 6 c( ~* c" ` J7 L/ ^" t
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發(fā)表于 2021-4-13 14:17:42
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