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核聚變的安全性
[ 發布時間:2021-07-14 ]   [ 信息來源: 國際原子能機構 ]  [ 字號: ]

  核裂變是從原子核分裂中獲得能量,而核聚變則是通過將原子核結合而釋放能量。雖然兩種原子反應都是通過改變原子而產生能量,但它們的根本區別對安全卻有廣泛的影響。


  啟動和維持聚變反應所需的條件使基于鏈式反應的裂變型事故或核熔毀不可能發生。核聚變電廠將需要與眾不同的條件——超過1億攝氏度的溫度,以達到發生反應所需足夠高的粒子密度。國際原子能機構核聚變物理學家Sehila González de Vicente解釋說,由于聚變反應只能在這種極端條件下發生,因此不可能出現“失控”鏈式反應。


  聚變反應依賴燃料的連續輸入,并且該過程對工作條件的任何變化都非常敏感。考慮核聚變反應幾秒內就能停止,因此該過程本質上是安全的。“聚變是自限過程:如果人們無法控制反應,它會自行停止。”她補充說。


  此外,聚變不產生高放射性、長壽命的核廢物。“聚變只產生低放廢物,不會造成任何嚴重的危險,”González de Vicente說。受污染的物項,例如防護服、清潔用品,甚至醫療管或拭子,都是短壽命低放廢物,只要采取基本預防措施,就可以安全處理。


  當前大多數實驗聚變裝置都使用氘和氚的混合物作為燃料。氚是氫的一種放射性同位素,半衰期為12.3年。González de Vicente說,核聚變反應的結果是釋放中子,這些中子撞擊反應堆堆芯周圍墻體并被墻體吸收,使墻體具有放射性。“中子與墻體中的鋰發生反應,產生氚,然后被注入裝置。”


  然而,聚變和裂變裝置確實有一些相似之處,例如在如何處理放射性物質以及如何使用冷卻系統方面。“監管機構已在核裂變安全和安保領域擁有豐富的經驗。我們正在與他們合作,以確保所有適用的知識轉到聚變方面。”González de Vicente說,“然而,并不是所有的事情都能一一對應,核聚變的不同之處,例如放射性物質的數量和種類減少、不可能發生堆芯熔毀狀況,以及不產生長壽命廢物,都應該得到確認和解決。國際原子能機構正在協助促進這些努力。”


  國際協作


  ITER是世界上最大的聚變實驗裝置,它把來自35個國家的專家聚集一起,共同致力于實現聚變能源的目標,同時助力解決項目發展過程中的聚變安全和安保挑戰。


  通過把裂變方面的相關安全要求(例如國際原子能機構安全標準)適用于聚變,可以確保高度安全。例如,與核裂變反應堆一樣,擬議的核聚變電廠也必須考慮劑量規定,并且裝置設計應使最低劑量“合理可行盡量低”(ALARA)。然而,鑒于在事故風險方面的根本差異,為避免對聚變過程過度監管,采用分級方法是必要的。“所有現有安全標準的問題是,它們都是針對裂變的,”ITER組織安全和質量部副部長Stéphane Calpena說,“我們需要選取與聚變相關的標準,并以與聚變風險相稱的方式適用這些標準,以確保該技術不僅可行,而且確實安全。聚變是一種新的能源創造方式,而且很大程度上仍然是一項新興技術。”


  國際原子能機構正在協助促進這項技術,包括舉行技術會議,使專家們共享知識,以幫助克服聚變方面的挑戰,并確保聚變裝置的安全。2020年11月由Calpena主持召開的國際原子能機構-ITER組織關于聚變安全和輻射防護首屆聯合技術會議,重點討論了制定用于確定聚變裝置可能釋入環境的放射性物質或危險物質的潛在類型和數量的方法,以及編制與國際原子能機構《安全標準叢書》第SSR-4號和第SSG-12號等同的聚變方面出版物。會議涵蓋了諸如聚變裝置的風險標準、設計和運行等專題。擬于2021年10月舉行的“聚變廢物管理講習班”將研究如何對聚變能生產所產生的放射性廢物進行分類和處置。


  (王玉薈譯)

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