做足安全防护,核技术也能给美食当“保安”!lai

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来源:科技日报

日本福岛核事故发生已整整10年。据外媒消息,日本原子力委员会于3月10日发布最新调查报告并带来了坏消息:福岛核电站内部污染程度远超预期,并且有再次爆炸风险。

福岛核事故是核能发展史上的一次重大灾难。这使很多对核科学不甚了解的人产生了反核、恐核情绪,甚至谈核色变。但实际上,如今核技术在工业、农业、健康等方面有着广泛的应用。那么,人类在核能利用的过程中,是如何保障安全的?

四大屏障保障核电站安全

人们对于核的恐惧,很大程度上来自于它产生的辐射。但实际上,辐射并非核反应所特有的产物。

人类遇到的辐射主要有三大类,即核辐射、空间辐射和环境辐射。其中空间辐射和环境辐射都是客观存在的,是人类不可避免的辐射源。例如在夏季,人们之所以会感觉到阳光的“毒辣”,就与太阳发出辐射强度增大有关。太阳辐射具体包括太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。

“我们通常所说的核辐射,主要是指核设施、人工活动产生的放射性物质和人工装置所带来的辐射。”西南科技大学国防科技学院院长段涛教授介绍道。

同样是辐射,为什么核辐射听起来特别可怕?

“核辐射作为一种电离辐射,其电离作用可使机体受到损伤。生物体吸收核辐射的能量后,一方面体内细胞物质的分子和原子发生电离和激发,导致体内高分子键断裂破坏;另一方面机体内水分子(水约占成年人体的70%)电离形成自由基,导致细胞变性甚至死亡,直至引起物质代谢和能量代谢障碍。”西南科技大学国防科技学院杨玉山教授说。

杨玉山指出,核辐射造成的损伤程度取决于射线种类、能量大小和人体器官对辐射的敏感性等因素。“由于人体的机体结构最复杂,对辐射的敏感性最高,因此耐辐射性最差。在核工业生产、核辐射实践中必须保障人体的辐射安全。”

核电站是核能利用的一种重要方式。“核电站作为能源设施,在设计过程中加入了多等级且重叠的保护措施,其对环境产生的辐射微乎其微,更不会发生‘核爆’。”段涛介绍,作为核能来源,核电站设置有四重措施阻止放射性物质外溢,这四重措施组成了核反应堆的隔离系统。

保障核电站安全的四大屏障分别是:放置核燃料的氧化铀陶瓷芯块,它可以吸收95%以上的反应产物;由铅合金制作的燃料包壳,其能够将核燃料芯棒密封;压力管道和冷却剂系统,该系统能够将核燃料芯棒密封在耐高压系统中,防止放射性物质泄漏到反应堆外;反应堆厚度达1米的安全壳,安全壳能够防止放射性物体进出反应堆并引起辐射扩散。

段涛表示,有了这四层屏障,核电站对周围居民没有辐射,无须为核电安全担忧。核电站可以在安全无辐射的情况下为人们提供能源。

“接地气”的核技术应用无处不在

近年来,我国的核技术应用产业进入高速发展期,从事核技术应用的科研机构、高校、企业等相关单位达10000多家。核技术应用不仅在工业、农业、生命健康等方面发挥着不可替代的作用,也是国防建设、国家经济可持续发展所不可或缺的重要组成部分。

令人意想不到的是,核技术也有“接地气”的一面:美味耐储存的泡椒凤爪,就跟核技术脱不了关系。在生产加工过程中,一种特殊的杀菌技术——辐照加工技术的加入,使得食物的口感和味道得以长期保存。

有人不禁疑惑:“核辐射那么危险怎么还能加工食物?”“辐照食品吃了对身体有没有害处?”“辐照过的食品是不是更难吃?”……

对此,专家的意见是不用担心。“辐照加工因其节能、环保、高效的优势,已被广泛应用于灭菌、食品保鲜、材料改性等多个领域,并逐步取代传统加工方法,成为公认的新一代高效绿色环保和节能型科技加工方法。”四川省原子能研究院院长彭朝荣研究员介绍。

辐照技术就是利用射线与物质间的作用,电离和激发产生的活化原子与活化分子,使之与物质发生一系列物理、化学与生物化学变化,导致物质降解、聚合、交联、并发生改性。

其中,电子加速器作为一种提供高能电子束的辐照装置,在辐照过程中扮演重要角色。彭朝荣介绍,利用电子加速器产生的电子束进行辐照加工的技术手段更为安全、高效、经济,现已成为辐照加工行业的发展趋势。“就安全性而言,电子束辐照无需处理废源,无环境污染隐患,电子束的产生和停止是通过电子加速器的开/关技术实现的,电子加速器关机后即无射线发出,安全性和可控性大大提高。”

段涛进一步解释,辐照加工技术主要采用放射性高能γ射线或电子加速器产生的电子束作为辐射源,射线能量较高,是潜在危害较大的一类装置。“但是由于国家制定了《放射性同位素与射线装置放射防护条例》(以下简称《防护条例》),辐射加工技术的安全应用有章可循,有法可依,因此放射性活动的工作人员和周围公众的健康与安全是有保障的。”

《防护条例》明确了辐照加工装置地址选择应充分考虑水文地质结构和周围的环境条件,辐照装置必须设置于单独建筑内,辐照室屏蔽设计必须遵守国家规定的辐射防护最优化原则,严格按年剂量当量限值控制;要求辐照室必须设有专(兼)职放射卫生防护人员,装设良好的通风设施、安装多道联锁装置、应急迫降装置和固定式剂量监测仪表等,确保辐照加工技术应用中的安全,让核技术更好地服务于国民经济。

核废料嬗变方案正受到国际核能界的重视

“核废料泛指在核燃料生产、加工中产生的以及核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。核电站数量的增加导致核废料也大量增加。核废料具有放射性,是对人体产生辐射危害的重要辐射源和对环境造成污染的环境污染源,核废料的处理是辐射防护与环境保护的重要组成部分。”段涛说。

据介绍,在各种核废料中,高水平放射性的核废料由于其放射性强、毒性大、半衰期长、处理技术复杂、处理成本高,已成为核废料安全有效处理与处置的世界性难题。

“核废料的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除,只能靠放射性核素自身的衰变而减少。目前的技术无法降低核废料的放射性周期。此外,因核废料含多种元素,元素有各自的半衰期,所以同样对待就会浪费资源。但是如果想要分离各个同位素,对化学手段要求极高。”彭朝荣解释。

核反应堆只能燃烧不到1%的核燃料,剩余的多为核废料,具有很大的放射性。而想要实现核燃料的增值与嬗变,科学家们发现加速器驱动次临界嬗变系统(ADS)是有效和最佳的选择。

实际上,该系统是加速器和反应堆的“结合体”,由中能强流加速器(主要是质子加速器)、外源中子产生靶和次临界反应堆构成。

“在ADS系统中,加速器产生的质子束流轰击设在次临界堆中的重金属散裂靶件,引起散裂反应,为次临界堆提供外源中子,使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。”杨玉山说,目前,我国研发的ADS质子直线加速器采用超导直线加速器结构,前端采用两个完全相同的、并行的注入器互为热备份,以保证其可靠性。

“危害环境的长寿命核废物可通过该系统嬗变为短寿命的核废物,进而降低放射性废物的储量及其危害性,所以ADS系统在产能过程中产生很少量的核废物,是最具潜力的核废料嬗变方案,正越来越受到国际核能界的重视。”段涛说。

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