核工业工程师 李长天——江门“反核”杞人忧天

http://www.guancha.cn/LiChangTian/2013_07_14_158070.shtml

近期的江门反核燃料厂事件俨然成了新闻热点。当地群众打出了“还我绿色家园”、“核你妹”、“江门是我家，反对核污染”的口号。地方政府也从善如流，只用了一天时间就作出撤销核燃料厂的决定。笔者并未直接参加过该厂的选址工作，不大清楚该厂选择落户在江门的具体理由。不过我国目前已有的核燃料工厂，一个在包头，一个在宜宾，都不是什么交通便利的地方（但人口密度也不低），已不适应大量从国外进口铀矿石的现实。核燃料和原料是敏感物资，运输车辆、容器均为特制，还需要部队武装押运、全程监控，陆地运输成本很高。因此在沿海另择交通便利地区新建工厂也很正常。江门附近就有阳江、大亚湾、岭澳、台山等多个核电机组，在燃料运输上也很便利。从经济上看算是个合情合理的选择。

以笔者之见，当地群众反对核燃料厂的原因无非是对于核辐射、核污染的恐惧。而这样的原因在笔者看来很无厘头。因为这家燃料厂，跟核辐射一点关系都没有。

一、辐射有多恐怖？

为什么核燃料制造厂不会发生核污染？这就涉及到一个问题，什么是辐射？

高中物理课本对此讲的明明白白——辐射是能量传递的一种方式。当原子核处于不稳定的激发状态时，会以粒子或电磁波的形式放出多余的能量，回归稳定状态。就好比一个人吃多了东西，就会不舒服，总要吐出来一些。而这些被放出的粒子或电磁波与物质作用，会直接地或间接地使物质的原子发生电离，因此，我们把这种能产生电离的辐射称为电离辐射，也就是我们平时所说的核辐射。

电离辐射的能量在进入人体后，会引起生物大分子的电离，破坏人体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质。也会作用于水，使水分子产生一系列辐射分解产物，这些产物多半都有着化学毒性。这是核辐射的主要害处。

那么，怎么判断电离辐射量的大小呢？当一个不稳定的原子核放出多余的能量，就会变成另一种稳定的元素。这个过程叫做衰变。而一定量的放射性元素的原子核有一半发生衰变时所需要的时间，就叫半衰期。从这两个词的定义可见，半衰期越短，单位时间内放出的辐射量就越大。

我们都知道，铀有两种常见的同位素，铀235和铀238，反应堆中所使用的是铀235，其半衰期7亿年之久，铀238半衰期则高达45亿年。这也是为什么铀235在自然环境中极为稀少，需要人工浓缩的原因——都自然衰变掉了。

即便是铀235，7亿年之长的半衰期，带来的也是几乎可以忽略的放射性——接触新制造的核燃料是无需防护的（我国使用的核燃料均为低浓度铀燃料）。只有在反应堆中使用过的乏燃料才会产生大量的放射性，需要谨慎处理。街头的群众与其操心核燃料厂的污染，倒不如关心一下身边机动车的尾气问题。


某燃料厂工作人员手持核燃料芯块


某国元首正在检查新燃料


宜宾核燃料厂生产线

二、核燃料工厂造什么？

接下来，向各位介绍一下核燃料厂的产品，核燃料组件。


核燃料芯块

图中就是核电厂一切能量的来源——核燃料芯块。从图中可见，燃料芯块外观呈圆柱形，大小和一节人指骨差不多。两端为浅碟形，两端外圆柱面上有倒角。做成这个奇怪形状的原因是为了给反应堆运行时芯块产生的轴向膨胀留出空间，减少燃料棒包壳破损的概率，同时也增大了容纳裂变气体的空腔体积。

将燃料芯块依次装入锆铌合金管内，再充氦密封，就成为了燃料棒。


燃料棒结构示意图

再将几百根燃料棒按照一定间隔排列并固定成一束，就成为了反应堆中所使用的燃料组件。燃料组件除了有几百根燃料棒之外，还有控制棒导向管和测量仪表管，具体数量根据反应堆型号不同而不同。燃料棒在组件中由格架提供支撑、保护和固定。



组装完毕的燃料组件

三、核燃料工厂如何生产？

介绍完了核燃料组件，就该轮到核燃料组件的制造流程了。燃料组件的制造基本上分为三个部分：

1、化工纯化及转换生产二氧化铀粉末：以八氧化三铀为原料，经过萃取纯化，与氨水反应生成重铀酸铵，也就是俗称的黄饼。再经过滤、洗涤、干燥，在高温下与氢气反应，分解还原为二氧化铀粉末。再进行稳定化，即可生产出符合燃料技术条件的核纯天然陶瓷级二氧化铀粉末。如果用于压水堆，还需要将黄饼转化为六氟化铀进行浓缩，随后水解还原为二氧化铀。

2、二氧化铀芯块制备：以粉末制备部分提供的核纯天然陶瓷级二氧化铀粉末为原料，经填加硬脂酸锌并混料后送入压机压制成一定密度和尺寸的生坯芯块，再送入烧结炉进行高温烧结使之变成陶瓷芯块，随后对其进行磨削、清洗、烘干，即可生产出合格的二氧化铀芯块。

3、燃料棒、组件制造及零部件加工：用之前生产出的燃料芯块制造出成品燃料组件，具体的加工过程在此不再赘述。


核燃料生产流程可见，核燃料生产的大部分流程基本只是单纯的机械加工，又如何能产生核污染呢？其余的污染也并非是人们草木皆兵的核污染，只是常见的化工污染而已——比起在江门盛行的造纸业，这点污染基本上可以忽略不计了，何况这两者的监管措施根本就不是一个等级上的。江门人民与其担心根本不存在的核泄漏，不如好好去查查造纸厂的排污口，想必对阻止“江门变肛门”（网民言论）有更大的帮助。笔者只是随手一搜，就在网上找到了这样的新闻：《广东江门两千污企8成无证 6千吨废水日排西江》、《江门新会会城紫水河变黑水河 恶臭难忍》。

四 核燃料工厂该离市区多远？

他山之石可以攻玉，我们来看看NRC（美国核管会）提供的美国核燃料工厂的位置：










美国主要核燃料设施的位置

NRC在网页上并未给出这些核燃料设施的具体位置，不过谷歌地图是向所有人开放的……笔者就随便挑两个做例子吧。

从地图上可见，西屋公司的燃料厂就位于哥伦比亚的市郊，距离该市市中心仅有10英里（16公里）左右。美国铀浓缩公司的铀浓缩厂距离辛辛那提约85英里（135公里），距离哥伦布约65英里（100公里）。

而在谷歌地图上，江门核燃料厂所在的鹤山市址山镇大营工业区，距离江门市约50公里，距离广州市约100公里。当然，中美两国情况不同，不能简单等同。但是这也足够说明一些问题了，不是么？

最后，就以NRC对燃料制造厂安全性的官方陈述做结尾吧：

Safety Concerns at Fabrication Plants （核燃料）制造厂的安全问题

Chemical, radiological, and criticality hazards at fuel fabrication facilities are similar to hazards at enrichment plants. Most at risk from these hazards are the plant workers. These facilities generally pose a low risk to the public. （核燃料）制造厂的化学、放射性和临界风险类似于（铀）浓缩厂，大部分风险属于工厂的工人，公众冒的风险很低http://www.guancha.cn/LiChangTian/2013_07_14_158070.shtml

近期的江门反核燃料厂事件俨然成了新闻热点。当地群众打出了“还我绿色家园”、“核你妹”、“江门是我家，反对核污染”的口号。地方政府也从善如流，只用了一天时间就作出撤销核燃料厂的决定。笔者并未直接参加过该厂的选址工作，不大清楚该厂选择落户在江门的具体理由。不过我国目前已有的核燃料工厂，一个在包头，一个在宜宾，都不是什么交通便利的地方（但人口密度也不低），已不适应大量从国外进口铀矿石的现实。核燃料和原料是敏感物资，运输车辆、容器均为特制，还需要部队武装押运、全程监控，陆地运输成本很高。因此在沿海另择交通便利地区新建工厂也很正常。江门附近就有阳江、大亚湾、岭澳、台山等多个核电机组，在燃料运输上也很便利。从经济上看算是个合情合理的选择。

以笔者之见，当地群众反对核燃料厂的原因无非是对于核辐射、核污染的恐惧。而这样的原因在笔者看来很无厘头。因为这家燃料厂，跟核辐射一点关系都没有。

一、辐射有多恐怖？

为什么核燃料制造厂不会发生核污染？这就涉及到一个问题，什么是辐射？

高中物理课本对此讲的明明白白——辐射是能量传递的一种方式。当原子核处于不稳定的激发状态时，会以粒子或电磁波的形式放出多余的能量，回归稳定状态。就好比一个人吃多了东西，就会不舒服，总要吐出来一些。而这些被放出的粒子或电磁波与物质作用，会直接地或间接地使物质的原子发生电离，因此，我们把这种能产生电离的辐射称为电离辐射，也就是我们平时所说的核辐射。

电离辐射的能量在进入人体后，会引起生物大分子的电离，破坏人体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质。也会作用于水，使水分子产生一系列辐射分解产物，这些产物多半都有着化学毒性。这是核辐射的主要害处。

那么，怎么判断电离辐射量的大小呢？当一个不稳定的原子核放出多余的能量，就会变成另一种稳定的元素。这个过程叫做衰变。而一定量的放射性元素的原子核有一半发生衰变时所需要的时间，就叫半衰期。从这两个词的定义可见，半衰期越短，单位时间内放出的辐射量就越大。

我们都知道，铀有两种常见的同位素，铀235和铀238，反应堆中所使用的是铀235，其半衰期7亿年之久，铀238半衰期则高达45亿年。这也是为什么铀235在自然环境中极为稀少，需要人工浓缩的原因——都自然衰变掉了。

即便是铀235，7亿年之长的半衰期，带来的也是几乎可以忽略的放射性——接触新制造的核燃料是无需防护的（我国使用的核燃料均为低浓度铀燃料）。只有在反应堆中使用过的乏燃料才会产生大量的放射性，需要谨慎处理。街头的群众与其操心核燃料厂的污染，倒不如关心一下身边机动车的尾气问题。


某燃料厂工作人员手持核燃料芯块


某国元首正在检查新燃料


宜宾核燃料厂生产线

二、核燃料工厂造什么？

接下来，向各位介绍一下核燃料厂的产品，核燃料组件。


核燃料芯块

图中就是核电厂一切能量的来源——核燃料芯块。从图中可见，燃料芯块外观呈圆柱形，大小和一节人指骨差不多。两端为浅碟形，两端外圆柱面上有倒角。做成这个奇怪形状的原因是为了给反应堆运行时芯块产生的轴向膨胀留出空间，减少燃料棒包壳破损的概率，同时也增大了容纳裂变气体的空腔体积。

将燃料芯块依次装入锆铌合金管内，再充氦密封，就成为了燃料棒。


燃料棒结构示意图

再将几百根燃料棒按照一定间隔排列并固定成一束，就成为了反应堆中所使用的燃料组件。燃料组件除了有几百根燃料棒之外，还有控制棒导向管和测量仪表管，具体数量根据反应堆型号不同而不同。燃料棒在组件中由格架提供支撑、保护和固定。



组装完毕的燃料组件

三、核燃料工厂如何生产？

介绍完了核燃料组件，就该轮到核燃料组件的制造流程了。燃料组件的制造基本上分为三个部分：

1、化工纯化及转换生产二氧化铀粉末：以八氧化三铀为原料，经过萃取纯化，与氨水反应生成重铀酸铵，也就是俗称的黄饼。再经过滤、洗涤、干燥，在高温下与氢气反应，分解还原为二氧化铀粉末。再进行稳定化，即可生产出符合燃料技术条件的核纯天然陶瓷级二氧化铀粉末。如果用于压水堆，还需要将黄饼转化为六氟化铀进行浓缩，随后水解还原为二氧化铀。

2、二氧化铀芯块制备：以粉末制备部分提供的核纯天然陶瓷级二氧化铀粉末为原料，经填加硬脂酸锌并混料后送入压机压制成一定密度和尺寸的生坯芯块，再送入烧结炉进行高温烧结使之变成陶瓷芯块，随后对其进行磨削、清洗、烘干，即可生产出合格的二氧化铀芯块。

3、燃料棒、组件制造及零部件加工：用之前生产出的燃料芯块制造出成品燃料组件，具体的加工过程在此不再赘述。


核燃料生产流程可见，核燃料生产的大部分流程基本只是单纯的机械加工，又如何能产生核污染呢？其余的污染也并非是人们草木皆兵的核污染，只是常见的化工污染而已——比起在江门盛行的造纸业，这点污染基本上可以忽略不计了，何况这两者的监管措施根本就不是一个等级上的。江门人民与其担心根本不存在的核泄漏，不如好好去查查造纸厂的排污口，想必对阻止“江门变肛门”（网民言论）有更大的帮助。笔者只是随手一搜，就在网上找到了这样的新闻：《广东江门两千污企8成无证 6千吨废水日排西江》、《江门新会会城紫水河变黑水河 恶臭难忍》。

四 核燃料工厂该离市区多远？

他山之石可以攻玉，我们来看看NRC（美国核管会）提供的美国核燃料工厂的位置：










美国主要核燃料设施的位置

NRC在网页上并未给出这些核燃料设施的具体位置，不过谷歌地图是向所有人开放的……笔者就随便挑两个做例子吧。

从地图上可见，西屋公司的燃料厂就位于哥伦比亚的市郊，距离该市市中心仅有10英里（16公里）左右。美国铀浓缩公司的铀浓缩厂距离辛辛那提约85英里（135公里），距离哥伦布约65英里（100公里）。

而在谷歌地图上，江门核燃料厂所在的鹤山市址山镇大营工业区，距离江门市约50公里，距离广州市约100公里。当然，中美两国情况不同，不能简单等同。但是这也足够说明一些问题了，不是么？

最后，就以NRC对燃料制造厂安全性的官方陈述做结尾吧：

Safety Concerns at Fabrication Plants （核燃料）制造厂的安全问题

Chemical, radiological, and criticality hazards at fuel fabrication facilities are similar to hazards at enrichment plants. Most at risk from these hazards are the plant workers. These facilities generally pose a low risk to the public. （核燃料）制造厂的化学、放射性和临界风险类似于（铀）浓缩厂，大部分风险属于工厂的工人，公众冒的风险很低