｜循迹晓讲·用文化给生活另一种可能
｜作者：颜方平
｜配图/排版/校对：循迹小编
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在生活中，人们往往谈核色变，因为“核辐射有害”几乎是老少皆知的常识。乃至于在很多国家和地区，只要执政者提出“废核”，甚至全然罔顾电力供应紧张的现状，大众也更愿意倾向于相信“用爱发电”的那一套说辞。
但是，任何物质对人是否有害，都要基于一定的条件，饭吃多了也会撑死，跟遭到辐射发生病变而死，没有本质区别，而这个常识大部分人却并不具备。
｜日本政府4月13日正式决定向海洋排放核废水，与此同时，数百名日本民众在首相官邸前机会，抗议日本政府的此项决定 图源于网络
近日，日本政府决定将福岛核电站的废水排入大海，引起了全世界的关切，中文网络圈更是掀起了热议，其根本出发点还是对于核污染有可能影响到自身健康的担忧。
｜相关新闻引起了网络热议 图源于网络
那么我们就有必要把这件事情的来龙去脉搞清楚，以及学会如何看待这样的事件，学会如何评估自身的安危。
01
核电站怎么发电？
目前，世界上有四百多座发电用反应堆，人类使用的电能有16%都来自核电。
与人们“谈核色变”的刻板印象不同，几十年的工业实践证明了核电是经济的并且安全的，也几乎没有温室气体释放的低碳绿色能源，更符合现代人类倡导的“低碳”概念。
｜全球现运营核电站分布 图源于网络
近期中国股市暴涨的所谓“碳中和”板块，就有不少是核电相关企业的股票。
人类使用的电能，无外乎有三种生成方式，要么是电磁转化，要么是光电转化，要么是化学转化。电磁转化就是电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生电流，这是发电机的工作原理；光电转化是太阳能发电板，化学转化最常见的是氢氧燃料电池。
要推动发电机运转，最常见的是通过热力产生水蒸汽推动蒸汽轮机运转带动发电机发电。而核电站，并不是通过原子核发电，而是以核能产生热量，再推动蒸汽轮机运转而发电的。
｜詹姆斯·查德威克（1891年10月20日——1974年7月24日），英国物理学家。1935年因发现中子获得诺贝尔物理学奖。
英国物理学家查德威克于1932年发现了中子，它不带电荷，但穿透性极强。中子撞击一些重核原子（即原子核包含较多质子，原子量较高的原子）之后，会导致重核原子裂变为两个较轻的原子，同时再释放中子。释放出的中子又撞击其他的重核原子，它们再分裂，如此无穷循环，形成连锁反应，被称为“链式反应”。
最常见的链式反应是铀（U）元素的链式反应。
｜当一个中子快速轰击铀-235 的原子核时，会分裂出另外两个元素——钡和氪，并释放 2-3 个中子，以及约 200 兆电子伏的能量。而放出来的中子可以继续轰击其他铀-235，引发不断的核裂变。
铀有三种同位素，原子量分别为238、235、234。其中铀235可以自发裂变，被广泛用于核能发电和核武器制造。235U原子核在收到中子轰击后，吸收一个中子，变成极不稳定236U，然后236U原子核裂变成二个快速运动的较小原子核92Kr和141Ba，并释放三个中子。
在重核原子裂变的过程中，不仅释放中子，还会发出大量的热。1公斤235U裂变释放的能量相当于2700吨标准煤燃烧释放出的能量。
这些热能是原子核中基本粒子的相互作用所储存的势能，在裂变的过程中由于能量守恒，势能就转化成了热能。
｜2019年，核电发电量为2586.2 TWh，占全球总发电量约10%，占低碳发电量近1/3。美国核发电量最高，为809.4TWh，占全球核发电量的31%。法国和中国的核发电量紧随其后，分别为379.5TWh和348.4TWh。这三个国家的核发电量占全球核发电量的59% 图源于网络
如果这种链式反应不受控，就会迅速爆发出巨大的能量，被应用于军事，就是原子弹。但如果以较温和的速率进行反应，就可以持续释放热量，人们就可以利用这些热量发电，核能就这样被和平利用了。
为了实现对核裂变反应的控制，人们使用了中子慢化剂来延缓中子的释放，控制核裂变反应，常用的中子慢化剂包括水、重水、石墨等。
02
核反应堆需要水
核反应堆发展到今日，基本可以分为四代。20世纪50年代开始，人们建造了第一代核反应堆，但仅仅是实验性质。在第一代的成熟经验基础上，20世纪60年代开始建造的第二代反应堆正式商用，我们熟知的切尔诺贝利核电站和福岛核电站，以及至今仍在商业运行的核电厂大部分都是第二代。
其类型主要有美国设计的压水堆核电机型（PWR、系统80）和沸水堆核电机型（BWR）、法国设计的压水堆核电机型（P4、M310）、前苏联以及俄罗斯设计的轻水堆核电机型（VVER）（切尔诺贝利的RBMK即石墨慢化水冷堆属于此种类型），加拿大设计的重水堆核电机型（CANDU）等。
｜浙江三门核电站是我国首个采用第三代压水堆核电技术的核电项目 图源于网络
第三代核能系统派生于目前运行中的第二代核能系统。反应堆的设计基于同样的原理，并吸取了这些反应堆几十年的运行经验，进一步采用经过开发验证且可行的新技术，旨在提高现有反应堆的安全性。
但不管是第几代，核反应堆总是由堆芯、冷却剂系统、慢化剂系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。核燃料发生链式反应产生热量，这些热量需要有介质传导出来，才能用以发电。
如果不及时传导，核燃料就会越来越热，温度甚至能达到数千度，不管什么材料做成的容器都会融化，就会向外泄漏。有了冷却剂，在反应堆中循环，保持着核燃料部位的温度，同时将产生的热量传导到热机。
｜上图：核反应堆冷却系统示意图 下图：乏燃料冷却池 图源于网络
人们最常用的冷却剂是水，同时，除了切尔诺贝利使用的那种石墨慢化反应堆之外，绝大多数现代核电站使用的中子慢化剂也是水或者重水。
自核工业建立以来水冷反应堆在商用核工业中发挥了重要作用，目前水冷反应堆占全世界所有在运营的民用反应堆95％以上。
另外，大部分正在开发建设的核反应堆都是水冷堆。但是，事故和后续处理的困难，也恰恰容易发生在水冷环节上，正所谓“成也萧何，败也萧何”。
水冷一般分为压水堆和沸水堆，压水堆的冷却水和推动蒸汽轮机的水是两个循环，通过加压，让冷却循环中水的温度达到数百度而不沸腾，因此可以让蒸汽循环的水沸腾产生蒸汽；沸水堆的冷却水直接就会转化为蒸汽推动蒸汽轮机发电。
｜福岛第一核电站沸水堆运行示意图 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
福岛核电站属于沸水堆。沸水堆压力远低于压水堆压力，因此在系统设备、管道、泵、阀门等的耐高压方面的要求低于压水堆。压水堆由于压力高，且多了蒸汽发生器、稳压器等设备，技术性能要求及造价都要高许多。
但正是由于压水堆一、二回路将放射性冷却剂分开，因此安全性高于沸水堆。
03
福岛核电站发生了什么？
2011年3月11日发生了日本东部大地震。
太平洋板块在北美板块下方向前挤压，在交界面发生了能量的突然释放。一条估计约500公里长、200公里宽的地壳带发生断裂，引发9.0级的大地震和海啸，海啸袭击了日本沿海的广大区域，海啸波最高达10多米。
｜日本东部大地震的震中和附近的核电站 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
受到海啸冲击的东京电力公司所属福岛第一核电站，因海啸破坏了供电线路和一些基础设施，核反应堆的电力丧失，使得三个在运反应堆机组冷却功能，不过在工作人员的努力下，核电站的所有在运反应堆机组都被安全关闭。
反应堆机组停止，核燃料依然会缓慢的发生链式反应，反应产生的生成物被称为“乏燃料”，它们依然是放射性物质，会发生衰变，释放出多余的质子，同时产生热量。
｜福岛第一核电站对地震和厂外电源丧失的响应 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
为了防止核燃料和乏燃料过热，停堆之后冷却系统还必须继续工作，而冷却系统的水循环需要电力驱动。由于海啸的影响，外部电源已经断电，厂内备用发电设施即应急柴油发电机被自动启动。
海啸发生后，波浪淹没了海水泵，导致水冷柴油发电机无法冷却以继续供应冷却系统所需要的电力，整个电厂的冷却系统都彻底无法再工作了。
因此核电站出现了应急状况，而主要的应急手段就是紧急向反应堆注水以持续防止堆芯核燃料容器因为温度过高而融化，导致核燃料泄漏。
但是，因为整个压力系统已经丧失工作能力，外部注水很难达到压力容器内冷却水相似的冷却功能。并且由于温度太高，注水之后水立即变成蒸汽充斥在容器内，又导致容器压力急剧升高，如果不加以控制就有容器爆炸的危险。
｜福岛第一核电站1号机组发生氢气爆炸 图源于网络
3月12日，1号机组果然发生了爆炸，损坏了反应堆上的不少建筑物，大量沾染了放射性物质的蒸汽和尘埃被泄漏出来。
在紧急的修复作业完成后，通过安全壳通风程序，反应堆内的压力降了下来，当然，通风也向大气排放了一些放射性物质。后来又经历了3号机组的爆炸，这些异常情况都导致应对作业东奔西走，拆东补西，疲于应付。
好在几天之后，情况有所稳定，3月20日起电力系统恢复，核电站的情况逐渐稳定下来。
04
污染水管理
为了冷却核电站，东电使用了大量的水。事故发生后，流入核电站用以冷却的水流量大约是400立方米每天。再加上400立方米左右的地下水会流入建筑物所在区域，这些水同样会沾染放射性物质，因此每天需要管理800立方米的水。
其中，400立方米会在反应堆中循环，剩余的400立方米被储存在具备隔离核辐射功能的污染水储备箱中。
｜厂内污染水的管理 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
这些水经过处理，可以去除大部分放射性物质，但氢的同位素氚无法被去除的。另外还有包括碳-14、钴-60和锶-90等放射性同位素，依然残留在水中。含放射性物质的水在事故发生后的几年内，被存储在上千个储箱之中。
与此同时，东京电力公司一直在努力减少需要管理的水量。行之有效的办法是恢复地下水排水系统，在海洋一侧建立防渗隔离墙，防止水进一步渗入，因此就减少了进入厂区建筑物的地下水。
｜水管理工作示意图，左侧所示为污染水储箱 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
2014年5月开始，未被污染的地下水得以向海洋排放。
从2014年开始，日本政府和东京电力公司一直在考虑进一步处理储存的核污染水，因为这些水如果一直储存在水箱中，难免会发生各种风险。由于储箱、管道和乏闷出现故障或因大雨侵蚀，已经有具有放射性的水从部件中泄漏出来的现象。
因此储存绝不是长久之计，这些水终究还是要排放掉。按计划进行受控制的排放，一直是日本政府的既定解决方案。
就排放核污染水的问题，国际原子能机构（ IAEA）曾经建议东京电力公司对向海洋排放含氚的水所产生的放射性后果进行全面评估，一旦决定排放，一定要所有利益相关者参与，包括东京电力公司、原子能委员会、日本政府、福岛县、当地社区等。
｜厂内废物管理的部分战略 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
需要注意的是，排放并不是直接全部排放，而是受控制的排放，这一排放过程大概会持续约30年。
2020年，国际原子能机构总干事格罗西在与日本经济产业相梶山弘志会面时表示，将福岛核处理水排入大海，“在技术上可以实施，也符合国际惯例”。
｜当地时间4月13日，国际原子能机构总干事格罗西表示，日本选择的水处理方法在技术上是可行的，并且符合国际惯例。 图源于网络
虽然日本渔业协会和很多邻国都表示了担忧，但是有一些担忧是没有什么道理的。
比如上海对外经贸大学日本经济中心主任陈子雷在接受《国际金融报》记者采访时称，“核电站的处理反映出日本体质机制上的问题，政府没有长远的规划处理，向本国民众和世界各国说明，将需要多少年，用什么手段解决问题。因此如今储存设施不够用，是日本政府官僚管理方式下的必然结果。”
这段话并不符合事实，日本政府的受控排放大约需要30年时间，说的很清楚，而且排放也不全是因为设施不够用，而是本就不可能把这些水长期储存，核废水排与不排都是“定时炸弹”。
05
影响到底几何？
事实上，在储存罐中的核废水，已经经过了处理。这些经过一连串除放射性核种净化处理的处理水，有效辐射剂量已经低于日本的国家标准每年1毫希（mSv/year），也低于日本政府订定的“告示浓度限度比”或称“告示浓度比总和”标准。
按照法规，只要这些处理水的有效辐射剂量和告示浓度限度比都低于标准，就可以将这些处理水释放到自然环境之中。
｜2020年10月15日，东电公布的处理水检测结果 图源于网络
但是氚无法被去除，因为氚已经和氧原子结合，水分子中的氢，形成一个氚原子两个氧原子结合成的重水分子。另外，氚以其他粒子形式，通过氢键的作用与水分子结合。处理水中氚的平均活度浓度仍然达到7.3×105Bq/L（Bq，放射性活度的单位），超出了日本相关法规中规定的6×104Bq/L的排放活度浓度限值。
但是好在氚是一种放射性同位素，半衰期是12.5年，也就是说经过12.5年，一半的氚就将衰变成氘或普通的氢，也正因为氚的半衰期短，因此自然界中氚含量很少，而处理水中的氚也将来数十年内降低到可以忽略不计的水平。
不过，还有其他一些放射性同位素，碳-14，半衰期可长达五千多年。
需要注意的是，海洋生物通过海水、摄食和体表吸收等途径吸收并富集放射性核素，成为海洋核污染的携带者和传播者。
｜福岛第一核电站照射途径 图源于国际原子能机构总干事-天野之弥《福岛第一核电站事故的调查报告》
一方面海洋生物通过洄游或漂流将放射性污染物质带到其他海区，另一方面通过摄食和食物链传递最终将放射性核素富集到高营养级生物体中。
需要注意的是，海洋食物链各环节的生物对放射性核素传递能力的高低并不简单地以它在食物链中营养层次的高低为依据，而是受到多种因素的影响：一是捕食量，二是被捕食者对放射性核素的浓集量，三是不同组织结构的生物被捕食之后，捕食者对其物质的吸收程度，四是核素在不同生物体内的存在形式等。
目前需要搞清楚的，是经过处理之后的核废水中，残留放射性同位素有多少，需要给出具体的数据以评估其影响。
不过，公众也无需过度担心。虽然一些媒体始终在渲染“核事故之后的污染废水排放入大海没有先例”，但切尔诺贝利核事故和三哩岛核事故，与福岛核电站的问题并不相同，福岛核电站并不能完全被认为是“核事故”，因此玩弄这种文字游戏，如“核事故后”的废水应不应该排放，是没有意义的。
我们应该考察的关键问题是水本身，如果水的排放影响不大，就可以排放。
结语
福岛核电站发生事故后，日本政府和东京电力公司也投入了大量资源进行后续处理。同时，日本政府的信息透明度是值得称赞的。并不是一些媒体渲染的那样，日本政府的应对措施有多么不堪。
诚然，日本政府做事的效率在现代文明世界主要国家中，算是比较低下的，这是日本受到东方文化影响之下官僚传统的常规表现。
因此，在后续排放废水的作业中，相关国家以及国际组织，独立的第三方机构应当起到监督作用，而面对第三方机构的监督，日本政府和东电没有任何理由拒绝的。
同时，由于绝大多数公众的科学素养较低，为了顾及舆论影响，日本政府迟迟不敢将“处理水”排到海洋，主要考虑是害怕受到渔业行业工会的反对，继而引起周边国家民众的担忧，影响日本渔业。
这就是核灾难之后的次生灾难——“风评灾难”。
不管怎么说，日本政府的决定已经作出，并且将会进一步披露具体的排放计划，包括水污染的具体情况。只要关注全世界媒体的报道，我们就不难对影响作出评估，只可惜的是绝大多数人基于客观的和主管的原因，能看到的报道非常少。
｜通过计算机模拟图能够看出，核废水中的放射性物顺着洋流，57天内会扩散至整个太平洋区域，3年后美国和加拿大都会遭到核污染影响。图源于网络
既然如此，在知识量不足的前提下，我们也不必对日本核污染过度担心，毕竟太平洋没加盖，日本的核废水会随着洋流漂洋过海到美国的西海岸。
老百姓更应该讲目光放在身边，多多关注身边的污染，保护环境从自身做起，这样对自己的健康还更有益一些。