本帖最后由 Callejon 于 2021-4-13 14:30 编辑
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2021年4月13日早上，日本政府召开相关阁僚会议，正式决定向海洋排放福岛第一核电站含有对海洋环境有害的核废水。
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早在前几天，福岛核污水将排入海洋的消息公布后，就已经引起了全世界特别是周边国家强烈不满，中韩两国舆论对日本政府掀起新一轮讨伐，甚至称此举将让日本成为人类文明史上的罪人。
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这些核污水从何而来，为什么会源源不断蓄积？排入海洋的污水放射性有多强？排入海洋后又会对我们的生活造成哪些影响？ 9 K6 I9 [) `+ s. e) y
大量的核污水从哪里来？
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想要回答这个问题，我们必须先了解一下福岛核电站的结构。按照原本的设计构想，福岛核电站存在五重安全防护措施。 * }# j! J% K _, S9 r" J2 j8 X
第一重是燃料丸。 ! O' {/ s$ }: \! {" x3 \3 p
这是一种将高浓度的核燃料利用粉末冶金工艺压制并高温烧结制成的药丸状或者圆柱状物质，通过这样的工艺，核燃料经过核反应后向外界发生泄漏的可能性将大大降低。
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第二重是燃料护套。 : S) v: w$ t. c
利用锆合金制成的套筒将350个燃料丸封装起来，燃料丸和燃料护套合起来就是我们常听到的燃料棒。
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第三重是压力容器。
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它是一个厚度达到15厘米的钢制大罐子，也是核反应堆中最为至关重要的防护结构，裂变反应就在这里发生，其加热水后产生的蒸汽温度将达到280摄氏度，压力达到70到80个大气压。
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第四重是核反应堆安全壳。
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安全壳是一个内部加装钢板的钢筋混凝土容器，它包裹在压力容器外侧。
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第五重也是最外侧的一重是反应堆厂房。 * U* l6 Y9 z( o
这是一个壁厚大约一米的方形钢筋混凝土结构，可以有效防止阿尔法射线、贝塔射线、伽马射线向外界的辐射。
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反应堆安全机构|来源：作者自制% s2 w" M' ^0 w4 r9 v8 Z; j
7 j' @7 c% d' i! n" ?% x# M 正常的核电站，放射性物质连第一重防护，即燃料丸都无法突破。
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但福岛核电站发生严重的堆芯熔毁事故后，熔融的燃料棒不仅进入了压力容器内部，甚至已经通过压力调整管道落入安全壳中，这样的熔融核燃料称为核燃料碎片，具有很强的放射性。 ' G! P; O- r3 a( Y1 q2 @( J
为了保证堆芯温度稳定，东电目前正在持续利用水来冷却压力容器和安全壳，这些冷却水将不可避免地与其中的核燃料碎片接触，最终导致放射性物质随着冷却水的排出而被带到反应堆外部。 & d" [+ |& L. [8 F7 r6 D& V5 a
这些放射性物质包括碘-131、铯-134、铯-137和锶-90等，每种都会对自然环境和人体健康造成影响。此外，除了冷却水，附近的地下水也不断进入反应堆厂房，导致受污染水的量进一步增加。
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这些受污染的水当然不能直接排入海中，因此事故以来福岛核电站一直将它们暂存在大型的储水罐中，等待进一步处理。 ' F9 A7 R2 Z c9 y9 l, V
每一个储水罐的高度为12.5米，直径12米，容量约为1220立方米，单个储水罐约可储存1000吨水。而这样的水罐在整个福岛核电站厂区共有1000多个，加起来可以储存一百多万吨废水。
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数字看起来不小，然而福岛核电站每天新产生的污水就有数百吨之巨，目前的储水罐容量到2022年秋季就将见顶。 6 ?0 ~4 B* D; W0 m% V
如何处理核污水？
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如此大量的核污水确实是一个棘手难题。 ' d* a7 e' W& s6 A3 s; z
很多人认为只要持续建造新的储水罐就可以解决问题，但其实整个福岛核电站厂区几乎已经布满了储水罐，而目前的剩余空间还要为将来的反应堆报废留下建设厂房的余地。
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此外，这些大水罐本身就是安全隐患，一旦发生重大事件，大量污水倾泻而出足以酿成惨祸。 0 u+ J: Y- G+ _/ P1 g
因此，无限修建储水罐并不是一个一劳永逸的解决方案。日本政府也直言称，无法将水处理问题无限期搁置。
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根据日本政府提出的方针，处理核污染水应遵循以下三大原则： 1 P8 k' ^1 \3 ^1 k" F1 m' f) M5 X, [
首先，尽量防止受污染水的产生； 其次，尽量去除水中放射性物质； 最后，防止未经处理污染水的泄露。 J4 [0 F. K8 X9 R! ?- ~
根据其中第一条，东京电力在反应堆厂房周围采取了修建冻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桩，将厂房周围制造一圈冻土层，以防止地下水向厂房渗透。而后者则是直接抽出地下水，尽量降低地下水水位。 % |2 [; J+ ?3 w3 r. g+ ~
这一措施很好地降低了进入厂房的水量，使核污水产生量从2014年的每天470吨降低为2018年的每天170吨，再到目前的110吨。 . e! ]( H; j! V3 d! J" ?
而第三条采取的对策则是通过在沿海一侧设置巨型遮水壁，来防止未经处理的受污染水渗入海中。
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第二条是整个污染处理的重中之重，东电为此建立了一套称为放射性废水处理净化系统，简称ALPS的设备。 2 L9 A1 p7 r" h2 F7 j
根据东京电力的说法，这套设备可以去除除了氚以外的各种放射性物质。
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如果东京电力公司所言属实，所有受污染水在进入储存罐之前，已经通过了ALPS的处理，那日本准备排放到海洋的就只是含有微量氚的处理水。 ) w& b) _4 E9 B/ g: E
福岛核电站的"水"问题|来源：作者自制
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0 @# f) M/ o$ m6 N* l 含氚水能不能直接排放？
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正常氢原子不含中子，我们称其为氕，含一个中子就变成了氘，而含有两个中子就变成了氚。 ) ?2 O8 t: A( g" n) [6 A
我们都知道水是由氢原子和氧原子结合形成的，正常的水中，仅含有极为微量的氘和更加微量的氚。 # T- j/ A! q8 S& t: Y2 s
根据东电的监测结果，福岛核电站含氚水中氚的含量虽然超过普通水很多倍，但是1升水中仍然只有100纳克的氚，换算成质量不到百万分之一。如果在海洋中再被海水稀释，氚浓度则将进一步降低。
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根据日本政府的说法，核电站含氚废水的海水排放是国际上通行的做法，排放后的近海氚浓度仍然远远低于WHO规定的人体安全限值。 ( a: A2 x" l3 i) D# E0 y
再来看看氚的放射性，氚的半衰期约为12年，通过释放贝塔射线转变为氦-3，因此氚的放射性仅仅来自贝塔射线。
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贝塔射线的能量在各种射线中属于最低级，一张厚纸就能大大遮挡。
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类似福岛废水这样的贝塔射线剂量在体外不会对人体形成危害，而通过饮水进入身体后，目前的医学知识也证明氚在人体组织中没有富集效果，会自然排出体外。
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氢的几种同位素和含氚水|来源：作者自制
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除了向海水排放真的没有别的办法了吗？
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含氚水和普通水化学性质接近，分离困难，考虑到巨大的处理量，因此分离这些废水中的氚几乎是不可能完成的任务。
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2 F9 B$ b; G$ \7 E 根据人类目前的科技水平，处理含氚废水大概有地层注入、海洋排放、蒸腾排放、电解水收集氢气等方式。
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蒸腾需要消耗大量电力，且含氚水分子仍然会在风力作用下以水蒸气形式进入海洋。电解水制氢虽然理论上可行，但资源耗费巨大，同时也不可能在现有场地的基础上再建设如此规模巨大的电解水制氢工厂。
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因此这些方式中能够以合理的资源消耗实现处理目的的几乎只有海洋排放和地层注入两种选择。
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但日本土地资源奇缺，相比于地层注入，排放到海洋显然更加经济。 7 n& V% a T, ^/ s7 k4 {
如果排放的核污水如东电说的已经经过了合格的处理，数据也经过了多年慎重的论证，东电会按照既定标准来排放，那么向海洋排放对周边的影响就不是很大，我们没必要担心。
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但目前各国舆论仍然对即将开始的排污忧心忡忡。
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毕竟，在当年的事故处理过程中，东京电力和日本政府已经消耗了大家太多的信任。 出品：科普中国 制作：张昊（大阪大学） 监制：中国科学院计算机网络信息中心
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发表于 2021-4-13 14:17:42
海鲜刺身不能吃了
