方宇寧/編譯

核能專家拉瑪納談核電之現(xiàn)狀與未來

方宇寧/編譯

拉瑪納

自2011年日本福島核電站事故以來，全球核電工業(yè)一直是外界關注的焦點，普林斯頓大學科學和全球安全項目的物理學家、美國西格馬賽（Sigma Xi）自然科學學會杰出講師拉瑪納（M.V.Ramana）在接受《美國科學家》雜志主編費尼拉·桑德斯的視頻采訪中，以能源生產(chǎn)為背景，探討了世界核能發(fā)展趨勢和公眾對能源產(chǎn)業(yè)的看法，以下為采訪摘要。

問：與之前其他核反應堆事故相比，福島事件產(chǎn)生的影響如何？

答：2011年3月11日，一場海嘯襲擊了日本沿海，導致福島核電站正在運行中的3個反應堆失去了冷卻能力。任何核電站的難題之一是：即使反應堆關閉，燃料還在繼續(xù)產(chǎn)生熱量，這些熱量必須不斷被傳送出反應堆。因為反應不再發(fā)生，就存在著熔化的危險，結(jié)果之一是在反應堆中產(chǎn)生氫氣，最終氫氣爆炸，導致核反應堆內(nèi)產(chǎn)生放射性同位素，放射性同位素被排出進入大氣中。在這次福島事件中，釋放出來的放射性物質(zhì)在周邊農(nóng)村地區(qū)和太平洋海域造成了污染。

福島事件與切爾諾貝利核電站事故相比，產(chǎn)生的放射性銫-137可能是其八分之一至四分之一，導致放射性同位素對環(huán)境的長期嚴重污染。但是大多數(shù)放射性物質(zhì)都轉(zhuǎn)移到了太平洋上空，所以并沒有給人類健康造成太多損害。三里島核事故中釋放的放射性物質(zhì)則少得多。

問：世界核能開發(fā)利用的現(xiàn)狀如何？

答：據(jù)國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計，目前運行中的核電站約有450個，其中43個在日本，但日本目前只有2個核電站還在運行之中。目前尚不清楚的是，目前停運的核電站中有多少還會東山再起，這些停運核電站中的大多數(shù)是在福島事件后關閉的。同樣，在美國雖然有100家核電站，但有相當多數(shù)量的核電站將在未來幾年內(nèi)關閉。

問：與其他所有能源相比，核電站能產(chǎn)生多少電力？

答：2016年，核電占世界發(fā)電量的11%，這個數(shù)字一直在持續(xù)下降。最高的是1996年，核電占世界發(fā)電量的約17.6%，自那時起，核電減少了約39%。

問：是因為經(jīng)濟原因、公眾反應或多種因素的綜合性影響嗎？

答：我認為有很多因素。經(jīng)濟無疑是其中非常重要的一個因素。核電站造價昂貴，建造時間長，所以核電站不能很快建立起來。公眾認知也起到一定作用，但這是一個難以量化的因素。另外，在過去一些年里，世界電力消耗少于預期。人們曾認為能源需求將持續(xù)增長，但這種情況在世界各地并沒有真正發(fā)生，包括美國在內(nèi)的許多國家能源消耗增長甚至停滯不前。

問：鑒于福島核電站事故的教訓，新建核反應堆會有哪些新的安全措施？

答：全世界大多數(shù)國家的核反應堆建造都做了安全評估，因此新建核電站的核反應堆會更安全。我認為問題在于，我們真的可以確保這些反應堆不會有意外發(fā)生嗎？我想沒有人可以做出確定的回答。意外發(fā)生的可能性總是存在的，無論是什么樣的反應堆。

問：其他能源技術(shù)對核能發(fā)電的經(jīng)濟可行性會產(chǎn)生什么樣的影響？

答：在美國除了進行調(diào)控的少數(shù)幾個州之外，投資新的核電站沒有任何經(jīng)濟上的意義。如今要建造一個新的核電站，比如在佐治亞州和南卡羅來納州建造的2 000兆瓦發(fā)電能力的核電站，投資成本約在150億至200億美元之間，核電站的發(fā)電成本遠高于其他替代能源，天然氣的價格非常低，可再生能源在過去幾年里也變得極為便宜，而核電站的發(fā)電成本大約是光伏發(fā)電的兩倍。

目前實用的子帶合成方案有3種：合成距離包絡法[14]、時域合成法和頻域合成法[15]。3種方法各有優(yōu)缺點，合成距離包絡法效率最高，但是存在能量溢出，導致距離向形成虛假峰，而且該方法對速度誤差敏感。時域合成包含了時移、誤差補償和頻譜疊加，效率最低。頻域合成在完成子帶內(nèi)和子帶間誤差補償以后，只需進行頻譜的拼接，具有運算量小、實現(xiàn)簡單、性能好等優(yōu)點[16]。通過以上比較，本文采用的是頻域合成法。頻域合成其實就是頻譜的合成，根據(jù)頻率步進關系，將各子帶信號進行頻移，然后進行疊加即可。頻域子帶合成示意圖如圖1所示。

問：可再生能源的碳足跡較小，但也有投資小型模塊化反應堆的，核反應堆規(guī)模大小也是影響因素之一嗎？

答：風能和太陽能發(fā)電能力的建設往往更趨向于模塊化，核反應堆也可以更趨于模塊化，事實上最早核電站的規(guī)模都很小。核電站規(guī)模變大的一個原因是，核電站造價昂貴，降低成本的唯一方法就是形成規(guī)模經(jīng)濟。產(chǎn)生兩倍的電力并不需要兩倍規(guī)模的廠房或兩倍規(guī)模的人工。很難想象一個小型反應堆在經(jīng)濟效益上能夠勝出。

問：對核電站與使用化石燃料的電廠導致的潛在風險（如災難性氣候變化等）如何進行比較？

答：風險比較一直是一個非常棘手的問題，核能產(chǎn)生的綜合風險讓人們很難接受，這是人們不熟悉的風險，其產(chǎn)生的災難性后果有可能延續(xù)幾代人，這也是人類難以控制的一種風險。核事故風險與交通事故風險進行比較，人們的反應會是非常不同的。

如果我開車，我知道會有發(fā)生意外的風險，但是我也知道，如果我系好安全帶，將車速控制在限速范圍內(nèi)，遵守交通規(guī)則，不在周六午夜時分在大街上開車；與許多酒后駕車者相比，我出意外車禍事故的幾率會大大下降。但核電站的事故風險與車禍等風險是非常不同的，對其風險進行數(shù)字上的評估沒有多大意義。

氣候變化與核電站的相似之處就是都不在個人能力控制之內(nèi)，但區(qū)別是，氣候變化可有多種可能的解決方案，關注氣候的人會大力支持可再生能源和能源效率，但核電站不存在這樣的選擇。

問：利用核能緩解氣候變化的支持度有多普遍？

問：認為開發(fā)可再生能源需要很長時間，而核能技術(shù)因為已經(jīng)成熟，所以是更好的選擇，這樣的觀點有道理嗎？

答：我認為這個觀點沒有什么道理。增加可再生能源并不需要花費更多時間，而核電站的建設卻要花費很多時間。最近加州決定在未來10年內(nèi)關閉魔鬼峽谷核電站（Diablo Canyon plant），當?shù)仉娏t以可再生能源和能源效率取代之，這樣的模式似乎更為可行。建立一個新的核電站取代它嗎？我想任何考慮贏利能力的公用事業(yè)部門都不會做出這樣的決定。

問：政治領導人對核電站的支持會改變公眾對核能技術(shù)的看法嗎？

答：在民意調(diào)查中，如果你問人們是否支持建設新的核電站，他們的回答在很大程度上取決于你提問的方式、措辭或事先提供的信息。如果你對人們說，“開發(fā)核能是減緩氣候變化的一個好辦法，請問你會支持建設新的核電站嗎？”如此你會更容易得到肯定回答，但如果你這樣問，“核電站建造需要花很多錢，請問你會支持核能開發(fā)嗎？”顯然你會得到相反的回答。從這個意義上來說，如果有很多名人支持核電，可有助于獲得公眾認可，但僅僅如此不會從根本上改變核能開發(fā)的前景。

問：對科學和專家的不信任與反對開發(fā)核能之間存在聯(lián)系嗎？

答：我認為絕大多數(shù)對核能產(chǎn)生擔憂的人，通常也是對科學有所了解的人，也正是因為他們相信科學，基于一些科學研究的結(jié)果導致他們對關于核電站如何安全的說法產(chǎn)生不信任。我認為在很多情況下是核工業(yè)自己的態(tài)度所致，例如，印度原子能委員會在福島核電站事故發(fā)生后宣布，在印度發(fā)生像福島那樣核事故的概率接近于零，正是由于這一過于自信的聲明導致人們對這樣的科學家充滿了不信任。

問：中國也是如此宣傳核電站安全性的嗎？

答：與世界上任何地方相比，中國擁有增長速度最快的核電工業(yè)，但卻要面對一個重要的決定：在何處建造核電站。到目前為止，中國所有的核電站都建在沿海地區(qū)。福島核事故之前，曾有過同時在內(nèi)陸地區(qū)附近有大型河流湖泊的地方建造核電站的計劃，因為所有的核反應堆都需要大量水源用做冷卻水，但這一計劃遭到了公眾和一些高層決策者的強烈反對。中國的核工業(yè)部門也是一直在說，“大家不用擔心，我們正在建造的新設計的核電站是完全安全的?！绷硪环矫嬉灿幸恍┤藚s在說，對于核電站的安全性，“我們?nèi)匀徊荒艽_定，我們不想冒污染農(nóng)田和河流的風險。”

問：在建造反應堆時就考慮到了核廢料的處置問題了嗎？

答：核廢料管理是從一開始就有的嗎？我想答案是否定的。不管是在美國還是在其他地方，許多國家都認為，在幾十年里，或者在他們建造第一個核電站時，就會開始考慮地下核廢料儲存的地質(zhì)勘察工作了，但實際上到目前為止，還沒有人這么去做。我們都知道關于核廢料處理的尤卡山提議幾經(jīng)波折卻一直沒有實際行動。事實上根本沒有運營中的永久性地下放射性核廢料處理和儲存設施。

大多數(shù)人認為，建立核廢料儲存地的主要問題是要找到地質(zhì)上合適的地點。但事實證明，主要問題不在這里。主要問題是核廢料儲存地附近的社區(qū)是否愿意承擔隨之而來的風險，難的是要找到這樣一個地方。他們說，“我們需要先找到一個同意這么做的社區(qū)，然后才能建立一個儲存地來安置核廢料?！?/p>

問：這么說來，核電將會被淘汰嗎？

答：預測未來是一件高風險的事情。但如果你看趨勢，確實是一個在走下坡路的行業(yè)。同時，核工業(yè)在不同國家里都得到了政治上的高度支持，因此短期內(nèi)不會消亡。我認為我們將看到的核電的未來就像是緩緩落下的夕陽，除非在未來10年或20年取得一些突破性的進展，關于核能源我們?nèi)匀灰鎸Ρ姸嗟募夹g(shù)挑戰(zhàn)。

[資料來源：Amercian Scientist][責任編輯：岳 峰][資料來源：Nature][責任編輯：遙 醒]