因俄乌战火原因，乌克兰境内15座核反应堆处境令人担忧。乌克兰的这些反应堆都属于什么类型？安全风险是否可控？
整理/新媒体编辑 段大卫
据乌通社报道，近日，乌克兰扎波罗热核电站附近因乌俄交战起火。扎波罗热核电站新闻处表示，核电站并未发生火灾，起火建筑是位于核电站附近的一处演习训练设施。
▲扎波罗热核电站实时监控画面显示，厂区内发生火灾（图片来源：央视新闻客户端）
▲乌克兰核电站分布图（图片来源：BusinessInsider）
俄乌战事尘埃未定，乌克兰境内有多个核电站及核反应堆。除了扎波罗热核电站的6个核反应堆以外，还有赫梅利尼茨基核电站的2个核反应堆，罗夫诺核电站的4个核反应堆，南乌克兰核电站的3个核反应堆。总共15个活跃的核反应堆。这些反应堆都属于什么类型？安全风险是否可控？
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核能发电诞生记
自人类诞生以来，我们便从未停止过对能源的探索，煤炭、石油、天然气、太阳能、风能。归根结底，人类所利用的能源，几乎都来自太阳。然而有一种例外，它是人类真正独立掌握的，生产能源的伟大技术，它就是核能，大多数人并不了解它。核能的合理利用可以降低不可再生能源的损耗，也在一定程度上减少了环境污染，目前我们能够掌握并控制的是核裂变。
核裂变，也称为核分裂反应，是指由重的原子核（主要是指铀核或钚核）分裂成两个或多个质量较小原子的一种核反应形式。早在1938年，核裂变现象，就由德国科学家奥托·哈恩和他的助手斯特拉斯曼在实验当中发现，由此拉开了人类利用核能的序幕。
当铀235这种核素的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2-3个中子，这些中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变，如此循环往复，进行的就是裂变的链式反应。
链式反应最大的“优势”就是可以产生大量热能，对于现代人类而言，这种热能最直接的作用正是发电。1942年，美国科学家费米等建成世界上第一座人工核反应堆；1954年6月，苏联在莫斯科近郊奥布宁斯克，建成了世界上第一座向工业电网送电的核电站奥布宁斯克核电站。
随后，各式各样的核反应堆相继建成，发电功率也越来越大。第一代核电站正式登上能源的舞台，核能以电力的形式走进了千家万户。
作为一种实验性的技术，第一代核电站种类繁多。但在大多数情况下，它们都是利用高温水蒸气驱动汽轮机旋转，进而带动发电机产生电能，与常规的火电厂相差无几。但不同的是，火电厂利用煤炭燃烧将水加热。而在核电站中，则是利用原子核的裂变反应，提供足够的热量。
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核电站技术走向成熟
上世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的大发展。世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的，习惯上称之为第二代核电机组。根据资料显示，乌克兰境内运行的大部分机组是在这段时期建成的。经历了第一代核电站的百花齐放，只有少数几种类型的核电站，在激烈的市场竞争中脱颖而出。
（图片来源：中国广核集团有限公司）
比如结构简单、造价低廉的沸水堆核电站。在这种核电站中，驱动发电机的蒸汽是由流经核反应堆的水直接沸腾产生。但这将不可避免地携带放射性物质，进而污染整个回路，一旦泄漏比较麻烦。
于是，结构复杂但更安全可靠的压水堆核电站备受青睐。目前世界上应用最广泛的主力堆型，依然是压水堆核电站。数据显示，目前全球范围内在运行的核电站共有440多座，其中大部分是轻水堆，我国投入运行并将建造的绝大多数核电站，也都是轻水堆型的。
压水堆核电站是怎样工作的？
核电站的工作原理并非复杂，以最常见的压水堆式核电站为例，用铀制成的核燃料，在反应堆内进行裂变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内生成蒸汽，推动汽轮机旋转，从而产生电能。
高温气冷堆产生的热量，则是由氦气冷却剂带走，具有安全性好、出口温度高等特点；快堆核电站，直接利用快中子引起链式裂变反应，具有不需要慢化剂、体积小、功率密度大等优点，是目前国际核能界最成熟也是最具发展潜力的先进堆型之一。
▲快堆核电站原理图
如何把核能转换成为电能？
▲压水堆核电站原理示意，其中核反应堆所在的一回路又被称为“核岛”，汽轮机等所在的二回路则被称为“常规岛”（图片来源：星球研究所）
一般而言，压水堆核电站有两个回路，其中一回路是核电站最核心的地方，相当于火电厂的锅炉，核裂变反应在这里发生以后，产生了巨大的热量，这些热量将高压水加热到300℃以上。
因为涉及放射性物质，为了确保安全，核电站所使用的核燃料，外面都会包裹着特制的燃料包壳。整个一回路系统，也被安装在一个叫安全壳的密闭厂房中，核电站图片当中的“大壳子”就是这种封闭厂房，安全壳能够在核电厂发生事故时，最大限度地保证公众和环境不受到影响。
二回路系统是汽轮发电机系统。由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统和辅助给水系统等组成。二回路的水通过蒸汽发生器吸收了一回路蒸汽的热量，使自身变为饱和蒸汽，推动汽轮机发电，然后进入冷凝器，在冷凝器中冷却后,再通过给水泵进入蒸汽发生器。
有时候核电厂将冷凝器的冷却回路叫做三回路，这个回路利用冷却水源冷却二回路的水，三回路会将废热传到环境中。
这样一来，压水堆核电站的发电厂房，能与核反应堆完全分离，进而隔绝放射性物质，大大降低了设备检修的难度。
▲“华龙一号”全球首堆福清核电5号机组现场（图片来源：中国核能电力股份有限公司）
从设备上来看，核电站的反应堆，相当于火电站的锅炉。并且在具体方法上，也就是用核裂变产生的热量，将水“烧开”来推动汽轮机工作，将热能转换为电能。
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压水堆如何“压”住风险
根据资料显示，乌克兰境内的15个核反应堆均属于风险较低的压水反应堆。但作为一个大型辐射源，核电站一旦发生事故后果将不堪设想。
作为一座合格的压水堆核电站，是要具备相对完善的安全措施。
首先，是从内到外的三道实体屏障。第一道屏障是包裹着核燃料的金属管，它由耐高温、耐腐蚀的锆合金制成，以避免核燃料与冷却水接触导致放射性物质外泄。
▲压水堆核电站三道安全屏障示意图（图片来源：星球研究所）
第二道屏障是包裹着堆芯的压力容器及管道，如果第一道屏障被突破，放射性物质也能被密封在回路当中。 第三道屏障是包裹着所有反应装置的混凝土安全壳，即使堆芯熔毁，也可以保证放射性物质不会释放到环境中。除此之外，还有自动插入控制棒、快速“刹车”的紧急停堆系统，自动向堆芯注水、快速降温的应急堆芯冷却系统等，各类安全控制系统为核电站的安全运行层层设防。
但这也并不意味着它们绝对安全。英国布里斯托大学材料学教授汤姆·斯科特在接受《卫报》采访时解释说，如果冷却能力受损，也依然可能造成不可挽回的后果。因为反应堆关闭后也需要数周时间冷却，以去除堆芯的余热。“冷却系统依赖于柴油发电机，因此对这些发电机的任何破坏，都可能导致类似福岛的事故，令反应堆过热，残留的水变成蒸汽，熔化反应堆内的燃料，并导致辐射释放到大气层中。”
当前，乌克兰境内的核电站未遭到攻击，而未来将如何发展，尚不得而知。但不管怎样，如果炮火降临到核反应堆上，核阴云恐怕要笼罩在地球上空了。
（综合自北京科技报，新民晚报，星球研究所，中核集团，中工网，光明网等）
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