本帖最后由 Callejon 于 2021-4-13 14:30 編輯
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2021年4月13日早上，日本政府召開相關(guān)閣僚會議，正式?jīng)Q定向海洋排放福島第一核電站含有對海洋環(huán)境有害的核廢水。 4 y# ]5 w* O0 y' D0 `" ?# a/ K) U8 x
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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家強(qiáng)烈不滿，中韓兩國輿論對日本政府掀起新一輪討伐，甚至稱此舉將讓日本成為人類文明史上的罪人。 , b% h p7 e) s- m; P) ?
這些核污水從何而來，為什么會源源不斷蓄積？排入海洋的污水放射性有多強(qiáng)？排入海洋后又會對我們的生活造成哪些影響？ ~0 u) i; Q1 s' E8 X$ y
大量的核污水從哪里來？ , W9 z: V* @* _' F- E" P, ~0 O
想要回答這個問題，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)計構(gòu)想，福島核電站存在五重安全防護(hù)措施。
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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)，通過這樣的工藝，核燃料經(jīng)過核反應(yīng)后向外界發(fā)生泄漏的可能性將大大降低。 / h) x I! \0 L" l
第二重是燃料護(hù)套。 ! y9 ]- T4 g* T- d# H
利用鋯合金制成的套筒將350個燃料丸封裝起來，燃料丸和燃料護(hù)套合起來就是我們常聽到的燃料棒。 4 i' N8 ] Z/ X# e1 D9 X
第三重是壓力容器。 - O4 _$ j9 M8 B! P1 u$ E
它是一個厚度達(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個大氣壓。 0 A% g7 l% }" b3 N
第四重是核反應(yīng)堆安全殼。
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安全殼是一個內(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)。 3 K. v+ q, F5 ?2 D& X2 q: K
第五重也是最外側(cè)的一重是反應(yīng)堆廠房。 . |- C8 v9 l) S
這是一個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、貝塔射線、伽馬射線向外界的輻射。
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反應(yīng)堆安全機(jī)構(gòu)|來源：作者自制 ~) W6 m: S- l0 T
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正常的核電站，放射性物質(zhì)連第一重防護(hù)，即燃料丸都無法突破。 2 Y( T- C/ _" u3 N* \' z# v& l) h
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)通過壓力調(diào)整管道落入安全殼中，這樣的熔融核燃料稱為核燃料碎片，具有很強(qiáng)的放射性。
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為了保證堆芯溫度穩(wěn)定，東電目前正在持續(xù)利用水來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。
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這些放射性物質(zhì)包括碘-131、銫-134、銫-137和鍶-90等，每種都會對自然環(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，因此事故以來福島核電站一直將它們暫存在大型的儲水罐中，等待進(jìn)一步處理。
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每一個儲水罐的高度為12.5米，直徑12米，容量約為1220立方米，單個儲水罐約可儲存1000噸水。而這樣的水罐在整個福島核電站廠區(qū)共有1000多個，加起來可以儲存一百多萬噸廢水。 - b; i; _# ^5 t% d; @: E/ \8 u$ ~9 c
數(shù)字看起來不小，然而福島核電站每天新產(chǎn)生的污水就有數(shù)百噸之巨，目前的儲水罐容量到2022年秋季就將見頂。
5 P% V; D* |3 u: i9 u如何處理核污水？ ) i G" W- W1 |( N) L( j: h! Z! C
如此大量的核污水確實是一個棘手難題。 $ D7 A$ ~/ L2 r# Z+ `( x$ K
很多人認(rèn)為只要持續(xù)建造新的儲水罐就可以解決問題，但其實整個福島核電站廠區(qū)幾乎已經(jīng)布滿了儲水罐，而目前的剩余空間還要為將來的反應(yīng)堆報廢留下建設(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。
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因此，無限修建儲水罐并不是一個一勞永逸的解決方案。日本政府也直言稱，無法將水處理問題無限期擱置。
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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： 3 y0 z5 v! e( d3 X3 C H
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。 9 B9 \3 r' Z* i/ J7 ~# F, J5 \: T" ]
根據(jù)其中第一條，東京電力在反應(yīng)堆廠房周圍采取了修建凍土式遮水壁和打井抽取地下水的方案。
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前者等于是在地下插入一系列制冷樁，將廠房周圍制造一圈凍土層，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。 % |( o% N1 U) ?4 _5 j' d
而第三條采取的對策則是通過在沿海一側(cè)設(shè)置巨型遮水壁，來防止未經(jīng)處理的受污染水滲入海中。
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第二條是整個污染處理的重中之重，東電為此建立了一套稱為放射性廢水處理凈化系統(tǒng)，簡稱ALPS的設(shè)備。 & Z8 S$ i" \% E7 n$ k2 g
根據(jù)東京電力的說法，這套設(shè)備可以去除除了氚以外的各種放射性物質(zhì)。 % l! t2 o- N+ ~0 s* P. K+ D
如果東京電力公司所言屬實，所有受污染水在進(jìn)入儲存罐之前，已經(jīng)通過了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"問題|來源：作者自制
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/ h! P1 e* y5 [5 P 含氚水能不能直接排放？ ' o! x( \$ i% P2 ~; B& x
正常氫原子不含中子，我們稱其為氕，含一個中子就變成了氘，而含有兩個中子就變成了氚。 7 E! \: Y" q, E& ]$ {
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。
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根據(jù)東電的監(jiān)測結(jié)果，福島核電站含氚水中氚的含量雖然超過普通水很多倍，但是1升水中仍然只有100納克的氚，換算成質(zhì)量不到百萬分之一。如果在海洋中再被海水稀釋，氚濃度則將進(jìn)一步降低。
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根據(jù)日本政府的說法，核電站含氚廢水的海水排放是國際上通行的做法，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。 3 |( S* @4 j7 s! f6 J5 q
再來看看氚的放射性，氚的半衰期約為12年，通過釋放貝塔射線轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3，因此氚的放射性僅僅來自貝塔射線。
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貝塔射線的能量在各種射線中屬于最低級，一張厚紙就能大大遮擋。
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類似福島廢水這樣的貝塔射線劑量在體外不會對人體形成危害，而通過飲水進(jìn)入身體后，目前的醫(yī)學(xué)知識也證明氚在人體組織中沒有富集效果，會自然排出體外。
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氫的幾種同位素和含氚水|來源：作者自制+ K( ]$ o5 y; b# V& E
. [: D/ n, i9 D! w5 ? 除了向海水排放真的沒有別的辦法了嗎？
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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)。# O8 I, y/ T0 K& J
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根據(jù)人類目前的科技水平，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，但資源耗費巨大，同時也不可能在現(xiàn)有場地的基礎(chǔ)上再建設(shè)如此規(guī)模巨大的電解水制氫工廠。 0 s) o7 w) v0 X& A y
因此這些方式中能夠以合理的資源消耗實現(xiàn)處理目的的幾乎只有海洋排放和地層注入兩種選擇。
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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)。 q5 j+ r! M& a" k* }3 o& q" Y
如果排放的核污水如東電說的已經(jīng)經(jīng)過了合格的處理，數(shù)據(jù)也經(jīng)過了多年慎重的論證，東電會按照既定標(biāo)準(zhǔn)來排放，那么向海洋排放對周邊的影響就不是很大，我們沒必要擔(dān)心。
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但目前各國輿論仍然對即將開始的排污憂心忡忡。 , `& r' Y6 O9 Z" x Y6 E, ~5 a( O
畢竟，在當(dāng)年的事故處理過程中，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 制作：張昊（大阪大學(xué)） 監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
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發(fā)表于 2021-4-13 14:17:42
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