本帖最后由 Callejon 于 2021-4-13 14:30 編輯 7 `, H; n5 A: i' k: q
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2021年4月13日早上，日本政府召開相關閣僚會議，正式決定向海洋排放福島第一核電站含有對海洋環境有害的核廢水。 8 U, t- N$ n3 ]- G( A; J; u
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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，就已經引起了全世界特別是周邊國家強烈不滿，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。 9 Q3 ^* p1 Z) v7 G
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？排入海洋后又會對我們的生活造成哪些影響？
' h9 D- |$ \+ {1 {大量的核污水從哪里來？
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想要回答這個問題，我們必須先了解一下福島核電站的結構。按照原本的設計構想，福島核電站存在五重安全防護措施。
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第一重是燃料丸。 , h+ j [% w4 B9 N0 s8 o+ Q$ X
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燒結制成的藥丸狀或者圓柱狀物質，通過這樣的工藝，核燃料經過核反應后向外界發生泄漏的可能性將大大降低。 " Q4 p$ B( R6 B O, }9 J
第二重是燃料護套。
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利用鋯合金制成的套筒將350個燃料丸封裝起來，燃料丸和燃料護套合起來就是我們常聽到的燃料棒。
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第三重是壓力容器。
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它是一個厚度達到15厘米的鋼制大罐子，也是核反應堆中最為至關重要的防護結構，裂變反應就在這里發生，其加熱水后產生的蒸汽溫度將達到280攝氏度，壓力達到70到80個大氣壓。 , T& g( _$ Z4 W; s; j
第四重是核反應堆安全殼。 6 ?" e& r$ l5 H' m9 B! q/ _
安全殼是一個內部加裝鋼板的鋼筋混凝土容器，它包裹在壓力容器外側。
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第五重也是最外側的一重是反應堆廠房。
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這是一個壁厚大約一米的方形鋼筋混凝土結構，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。 2 I% Q5 m5 C5 c6 F4 s) r- R
反應堆安全機構|來源：作者自制
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. K3 @' |5 y3 N/ P 正常的核電站，放射性物質連第一重防護，即燃料丸都無法突破。 " Q* }8 u" g' N# S5 h2 h& g
但福島核電站發生嚴重的堆芯熔毀事故后，熔融的燃料棒不僅進入了壓力容器內部，甚至已經通過壓力調整管道落入安全殼中，這樣的熔融核燃料稱為核燃料碎片，具有很強的放射性。 3 v; m* p( M; g1 z
為了保證堆芯溫度穩定，東電目前正在持續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，最終導致放射性物質隨著冷卻水的排出而被帶到反應堆外部。 2 L" Q1 y/ D6 D5 S; s4 \. i
這些放射性物質包括碘-131、銫-134、銫-137和鍶-90等，每種都會對自然環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入反應堆廠房，導致受污染水的量進一步增加。
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這些受污染的水當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，等待進一步處理。 % J/ S/ W5 r2 g, R, R# i
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共有1000多個，加起來可以儲存一百多萬噸廢水。 2 G- s6 }. a" h' I
數字看起來不小，然而福島核電站每天新產生的污水就有數百噸之巨，目前的儲水罐容量到2022年秋季就將見頂。 1 |& K7 R( o$ o/ a" Z. e
如何處理核污水？ / o4 |+ o1 e. z, n- Y1 A. C. z
如此大量的核污水確實是一個棘手難題。
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很多人認為只要持續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幾乎已經布滿了儲水罐，而目前的剩余空間還要為將來的反應堆報廢留下建設廠房的余地。
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此外，這些大水罐本身就是安全隱患，一旦發生重大事件，大量污水傾瀉而出足以釀成慘禍。 3 p8 {" v2 F% Q( a
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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根據日本政府提出的方針，處理核污染水應遵循以下三大原則：
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首先，盡量防止受污染水的產生； 其次，盡量去除水中放射性物質； 最后，防止未經處理污染水的泄露。
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根據其中第一條，東京電力在反應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。 ) \; k9 W# J5 H2 T2 P* G: {
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。 ; n4 U" ?: ?; E3 g1 I; z
這一措施很好地降低了進入廠房的水量，使核污水產生量從2014年的每天470噸降低為2018年的每天170噸，再到目前的110噸。 * b# j9 |7 |+ K, U% B
而第三條采取的對策則是通過在沿海一側設置巨型遮水壁，來防止未經處理的受污染水滲入海中。 ; v$ ^' z6 v/ b% P) r) [ j8 S
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，簡稱ALPS的設備。 & J& ~0 c1 r7 J& X1 K1 j
根據東京電力的說法，這套設備可以去除除了氚以外的各種放射性物質。
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如果東京電力公司所言屬實，所有受污染水在進入儲存罐之前，已經通過了ALPS的處理，那日本準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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' V/ H; w9 z6 I9 i/ N! A 含氚水能不能直接排放？ * k# y* V7 h: o: C. p8 q h
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。
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我們都知道水是由氫原子和氧原子結合形成的，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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根據東電的監測結果，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，氚濃度則將進一步降低。
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根據日本政府的說法，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遠低于WHO規定的人體安全限值。
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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變為氦-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，而通過飲水進入身體后，目前的醫學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
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- U) k' w9 D z: w) F 除了向海水排放真的沒有別的辦法了嗎？ 3 I3 J' L2 f6 w. }! N% M
含氚水和普通水化學性質接近，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。
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根據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力作用下以水蒸氣形式進入海洋。電解水制氫雖然理論上可行，但資源耗費巨大，同時也不可能在現有場地的基礎上再建設如此規模巨大的電解水制氫工廠。
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因此這些方式中能夠以合理的資源消耗實現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濟。
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如果排放的核污水如東電說的已經經過了合格的處理，數據也經過了多年慎重的論證，東電會按照既定標準來排放，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。 3 ~& I5 R* a3 B/ ~& J
畢竟，在當年的事故處理過程中，東京電力和日本政府已經消耗了大家太多的信任。 出品：科普中國 制作：張昊（大阪大學） 監制：中國科學院計算機網絡信息中心 2 G$ m( ?/ `1 Y4 ?! {" K6 N6 f/ {
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發表于 2021-4-13 14:17:42
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