俄罗斯的核反应堆可能接管世界,无论是否安全

这个联邦正在积极向核经验匮乏的国家出售反应堆,引发安全担忧

对于任何可能正在考虑购置首座核反应堆的国家来说,俄罗斯的年度ATOMEXPO展会提供了一个看似简单的解决方案。在最近的一次展会上,来自世界各地的数千人涌向一个巨大的、沙皇时代的展览馆。参观者可以听到劳斯莱斯等供应商谈论蒸汽发生器,观看记者采访俄罗斯核主题电视节目的专家,或者拿起一本印有“原子小姐”的日历,上面是当年最漂亮的俄罗斯核工业女工。

然而,真正的行动发生在俄罗斯国有核公司Rosatom的多层展位上,那里散发着史蒂夫·乔布斯式的纯粹白色和专业知识氛围。“新来者”,俄罗斯人亲切地称呼那些没有核电站的国家的代表,在那里听取了各种方案,并签署了合作协议,让Rosatom为他们建造甚至运营反应堆。一度,摄影师拍下了尼日利亚核官员与Rosatom首席执行官谢尔盖·基里延科碰香槟酒杯的镜头,庆祝他们在加入俄罗斯不断增长的客户名单方面迈出的初步步伐,其中包括土耳其和越南。Rosatom已经在中印两国完成了反应堆的建设。今年7月,芬兰在选择下一座反应堆时,选择了这家公司,而不是法国和日本的竞争对手。

这场大型展会是克里姆林宫支持的550亿美元计划的一部分,旨在使俄罗斯成为全球领先的核电供应商。该国计划在国内新建大约40座反应堆,并预计到2030年将从其他国家获得多达80份订单。其中包括发电和海水淡化设施,这在中东地区尤其令人感兴趣。此次扩张正值德国放弃核电、美国核工业步履蹒跚、日本正在反思福岛核事故后的意向之际。弗拉基米尔·普京总统称这次扩张是俄罗斯核技术的“重生,一次复兴”。


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Rosatom也在关注英国和美国市场——它在怀俄明州拥有铀矿,并为美国反应堆供应大约一半的燃料,据世界核协会称。但目前,它的主要目标是发展中国家和与前苏联关系密切的国家。对于一些新来者,Rosatom提供了一项独特的优惠:它可以成为一站式核商店。它将提供燃料,并将永久性地回收其反应堆的乏燃料——从而消除了某些国家建造地质废物处置库的需求。麻省理工学院的艾伦·汉森说,这项其他国家都无法提供的服务,“对俄罗斯人来说是一个巨大的营销优势”,他最近加入麻省理工学院,此前在Rosatom的法国竞争对手阿海珐担任了27年的高管。

俄罗斯正在通过向来自客户国的年轻人提供奖学金来进一步优惠交易,让他们在俄罗斯学习并获得“核电站和设施”专业的学位。而且,由于一座反应堆的平均成本至少为30亿美元,俄罗斯正在提供有史以来第一个“租赁反应堆”计划,Rosatom将在外国土地上建造和运营反应堆。

世界上许多核专家担心俄罗斯前进得太快了。他们担心Rosatom愿意与任何国家做生意,这可能导致核材料或技术的扩散。Rosatom曾与西方国家认为是独裁政权的国家进行过讨论,例如缅甸(原名:Burma)和白俄罗斯。就在今年7月,伊朗总统——这个国家因其核野心而受到美国新的制裁——访问了克里姆林宫,要求普京在俄罗斯已经建造的一座反应堆之外再建更多反应堆。

俄罗斯官员对批评不以为然,并热情地撒开大网。Rosatom负责海外扩张的执行官基里尔·科马罗夫在2012年6月的一次新闻发布会上对记者说:“没有哪个国家是我们不感兴趣去建造核电站的。”

专家们还担心俄罗斯的核领导人没有把安全放在首位。尽管安全特性在新设计中非常突出,“但政府既拥有并资助了设计者,也拥有并资助了独立的安全性审查。圣达菲咨询公司Global Nuclear Network Analysis的总裁,前洛斯阿拉莫斯国家实验室反应堆设计科学家苏珊·沃斯说,“最近在日本,这种安排被指出是导致福岛事故问题的原因之一。”

Rosatom发言人谢尔盖·诺维科夫坚称,联邦监管机构Rostechnadzor“绝对是独立的”。俄罗斯表示,Rosatom正在推广的所有反应堆技术都具有最现代的安全特性。但一些西方专家仍然对这些特性的保护程度表示怀疑。

快速且猛烈
俄罗斯已经是开发一种有争议的选择方案的世界领导者:快堆。世界上正在使用的更典型的反应堆消耗浓缩铀燃料,并产生放射性极高的废物,这种废物会持续数千年。而快堆基本上可以回收燃料。当浓缩铀在堆芯中燃烧时,它会产生中子,中子与堆芯周围的低品位铀(不能用作燃料)碰撞,将铀转化为钚,或者说“增殖”钚。反应堆稍后可以消耗钚(它仍然会产生高放射性废物)。与更标准的沸水反应堆和压水反应堆相比,快堆从一定量的铀中产生的能量可以多出10到100倍。

美国在20世纪70年代和80年代建造了实验性快堆技术,但后来放弃了它——部分原因是铀供应充足且廉价,但也因为这种设计增加了武器级铀和钚扩散的可能性。普林斯顿大学物理学家,前白宫科技政策办公室国家安全助理主任弗兰克·冯·希佩尔说,它“可以为武器计划提供掩护”。沃斯补充说,快堆给一个国家“直接获取武器可用钚的来源”。

更重要的是,事故可能非常难以处理,因为堆芯浸泡在液态钠冷却剂中,这与用于防止更标准反应堆过热的水不同。工作人员不能仅仅打开盖子就能进入故障区域,因为“钠暴露在空气或水中会着火。而我们生活在一个充满空气和水的世界,”冯·希佩尔解释说。俄罗斯人经历了多次火灾才学会如何更好地控制这项技术,但冯·希佩尔说,另一个安全问题迫在眉睫:堆芯熔毁可能导致小爆炸,这可能会“炸掉反应堆的顶部”,并广泛扩散放射性产物,如钚、铀、铯和碘。

今天,位于叶卡捷琳堡附近的俄罗斯BN-600是世界上唯一商业运行的快堆。它的工作人员非常自豪,因为它已经运行了30年,比预期的时间长了10年。

Rosatom的子公司OKBM Afrikantov设计了BN-800设施,目前正在建设中,以及BN-1200;反应堆名称中的数字表示功率容量,单位为兆瓦(1000兆瓦是一个大型反应堆)。BN-800可以进行改造,以运行来自退役核武器的钚。一项美国-俄罗斯核不扩散协议规定,BN-800将用于消耗俄罗斯部分武器级钚库存。然而,俄罗斯科学院核安全研究所所长列昂尼德·博尔绍夫表示,BN-1200的设计目的是生产钚燃料。

尽管国际社会忧心忡忡,但Rosatom有一个长期的“先进核技术联邦计划”,设想在2050年左右将大部分资源转移到快堆上。目标是建立一个所有燃料都被再处理,而不是被倾倒在不受欢迎的储存场所的核工业。“我们将拥有一个闭合燃料循环;我们必须这样做,”OKBM Afrikantov充满激情的国际协调员弗拉基米尔·加卢什金说。“别无他路。”

漂浮核电站
俄罗斯正在追求的第二项有争议的技术是小型模块化反应堆。它是经典压水反应堆的缩小版。俄罗斯的小型模型包括旧苏联核动力潜艇和破冰船的衍生产品。它们比典型的巨型反应堆便宜得多,而且可以预制,运送到可能缺乏强大的建造标准或训练有素的劳动力的偏远地区。缺点是:它们只能产生300至500兆瓦的电力,批评人士认为,大规模生产将更广泛地分散反应堆风险。尽管如此,一位俄罗斯专家德米特里·斯塔楚拉在俄罗斯南部的一个大风呼啸的核电站建设工地告诉我,“大规模生产是真正有可能的。”他对VBER特别兴奋,这是一种300兆瓦的模型,将首先为哈萨克斯坦的偏远地区建造。

与此同时,俄罗斯正试图将其快堆技术硬塞进一种名为BREST的微型反应堆中。该设计使用熔融铅作为冷却剂,熔融铅比钠更不容易与空气和水发生反应。当然,铅是众所周知的有毒物质,“但大多数行业都知道如何处理它,”华盛顿州贝尔维尤市TerraPower公司的技术开发主管凯文·韦弗说,该公司正在开发自己的快速微型反应堆。“俄罗斯人在这方面确实最有经验,”韦弗解释说。他们已经在至少七艘潜艇上使用了他们的反应堆,并建造了两个陆上原型。TerraPower在俄罗斯季米特洛夫格勒的一个设施中测试其原型*。

许多快速小型反应堆的潜在扩散让奥斯陆的国际环保组织贝罗纳等团体感到担忧,该组织追踪俄罗斯核工业。俄罗斯逮捕并监禁了核举报人,包括贝罗纳的一位撰稿人,一位被指控犯有叛国罪的俄罗斯前海军军官。贝罗纳详细描述了苏联潜艇上的核事故,并表示有四艘潜艇沉没在海底,它们的反应堆仍然构成危险。

然而,最近让贝罗纳环境研究员伊戈尔·库德里克担心的是俄罗斯大规模生产可以漂浮的微型反应堆的愿望。该国的第一座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士号”已部分建成,计划于2016年开始运行。这个想法是拥有易于操作的35兆瓦反应堆,可以拖到难以进入的地区或能源密集型企业,例如海水淡化厂,并用电缆连接到陆地以分配电力。

美国在20世纪70年代也曾尝试过这个想法,但认为它太危险,极有可能污染整个海洋食物链。“我也无法想象,当涉及到恐怖分子时,浮动核反应堆不会构成特殊的安全风险,”华盛顿特区战略与国际研究中心防扩散项目主任莎伦·斯夸索尼说。库德里克补充说,偏远地区将没有人或设备来处理事故或海啸:“这不是一台柴油发电机,你可以在膝盖上修理并重新启动。”尽管如此,中国、阿尔及利亚、印度尼西亚、纳米比亚和其他国家都表示了兴趣。

博尔绍夫淡化了这些担忧。他指出,这些核电站将被放置在海岸线附近。“从安全角度来看,我不认为近海电站和陆上电站之间有任何区别,”博尔绍夫说。除了促进出口外,浮动反应堆还可以帮助俄罗斯在气候变化使更多地区可用于钻探的情况下,在北极近海石油储备的开发中占据主导地位。

更安全的选择
尽管俄罗斯正在推广其奇异的快堆和浮动微型核电站,但它最积极地推销的是最新一代压水反应堆,即VVER。1986年切尔诺贝利熔毁的臭名昭著的反应堆也依靠压水来产生蒸汽,蒸汽驱动涡轮机发电。但VVER的设计从根本上不同,并且被安置在安全壳内;苏联没有在切尔诺贝利反应堆周围建造这种结构,因为它们太大了。

VVER在几个方面不同于旧型号和西方设计。例如,它们有水平蒸汽发生器,西方专家一致认为,水平蒸汽发生器更便于维护。俄罗斯的燃料芯块中心也有孔,根据奥布宁斯克中央继续教育和培训学院科学与外事副院长弗拉基米尔·阿蒂苏克的说法,这为安全提供了更好的冷却效果。最大的进步是被动安全特性——旨在在无人为干预的情况下关闭反应堆的系统,即使电站失去了来自外部电网的备用电力。这些特性包括可以使用重力淹没堆芯的水箱。反应堆也可以用空气冷却。“在福岛,这一个系统就能拯救他们,”首席工程师维克多·瓦格纳在俄罗斯南部边境附近正在建设的两座反应堆的现场自豪地宣称。

Rosatom的被动安全系统已经内置到印度的库丹库拉姆反应堆中,它们使VVER成为一种受欢迎的选择。Rosatom正在俄罗斯境外建造或已签署合同建造19座VVER。新的西方设计,如西屋公司的AP1000压水反应堆,也包括类似的特性,并且大多数接受采访的专家都表示,他们没有看到西方和俄罗斯型号在安全性方面有任何重大差异。一位帮助东欧国家评估俄罗斯方案的美国顾问(不愿透露姓名)说,“俄罗斯人绝对是合格的,能够这样说真是太好了。”

然而,好的设计并不能排除建造质量差的可能性。“人们仍然对他们的零部件制造质量、施工质量以及反应堆启动并运行后的长期供应商支持存在挥之不去的担忧,”这位顾问说。博尔绍夫反驳说,Rosatom正在密切关注这些问题:“Rosatom已经进行了大量投资,以便制造商之间能够进行竞争,从而提高质量和价格。”

VVER被认为是安全的另一个原因是旨在防止切尔诺贝利式事故的特性。在切尔诺贝利爆炸后的几天里,苏联责成当时是一名物理学家的博尔绍夫,想办法控制切尔诺贝利的熔融堆芯。他设计了一个临时的平台,平台由蛇形管道组成,用冷却水冷却,覆盖着一层薄薄的石墨层,并夹在两层一米厚的混凝土层之间。“它像三明治一样完成,”博尔绍夫说。英勇的煤矿工人挖掘到冒烟的反应堆下方,并插入平台,以便在熔融堆芯沉入地下并接触到地下水位之前“接住”它。

最终,博尔绍夫的创造物不必与下沉的堆芯作斗争,堆芯在离三明治还差两米的地方凝固了。然而,这次险情为俄罗斯现代“堆芯捕集器”铺平了道路:碗状容器,用水冷却,由钢、铁和氧化铝制成,直接建造在俄罗斯所有新的压水反应堆下方。堆芯捕集器已经埋在俄罗斯南部正在建造的两座VVER-1200地下4.5米处。

俄罗斯认为堆芯捕集器至关重要。法国阿海珐的设计也包括一个。一些专家认为,堆芯捕集器在福岛不会起作用。但正如冯·希佩尔描述的那样,该电站的几个反应堆堆芯“塌陷”到下方的混凝土中,促使他得出结论:“堆芯捕集器是个好主意。”

然而,麻省理工学院的汉森和其他人认为,安全工程师的更大目标应该是最大限度地减少可能的损害,以至于堆芯捕集器变得多余。“公众和反应堆所有者永远不会接受反应堆是安全的,因为它有堆芯捕集器的说法。一旦堆芯被破坏,反应堆就完全报废了,并且在事后控制熔融材料并不能消除场外辐射剂量,”汉森说。西屋公司采用了这种方法;发言人斯科特·肖说,该公司的新型AP1000不需要堆芯捕集器。如果堆芯开始熔化,操作员可以将储存在水箱中的水淹没反应堆容器周围的空间,最多可达72小时。

令人担忧的扩散
Rosatom的VVER核电站还带来另一项创新,一项与现金有关的创新。该公司将根据一项独特的“建造-拥有-运营”协议,类似于60年租赁,建造土耳其的首批反应堆——四座VVER-1200。这是这种安排首次在世界任何地方的核电站中使用,但Rosatom希望这种安排能够流行起来。Rosatom的诺维科夫说,“这对新来者非常有吸引力。”

这种租赁计划是俄罗斯扩大核技术获取渠道的又一部分努力,尤其是在中东地区,这让核不扩散观察家感到担忧。俄罗斯已经完成了伊朗唯一的反应堆,一座VVER-1000,并培训了伊朗核能技术人员。西方国家担心伊朗正在利用其知识开发秘密武器。

“很难不将土耳其和该地区其他国家对民用核反应堆的兴趣视为对冲战略的一部分,”美国前驻土耳其大使埃里克·埃德尔曼说。他说,尽管核反应堆与核武器相去甚远,但核技术方面的专业知识以及获得核燃料循环的途径,“仍然为中东地区更大范围的核扩散打开了大门”。华盛顿特区非扩散政策教育中心执行主任亨利·索科尔斯基也认为,培训可能被用于不正当目的。“我不在乎硬件的防扩散能力有多强——培训是不防扩散的。”

一些反对者还声称,反应堆可以用来生产钚。然而,“来自压水反应堆的钚同位素对于炸弹来说是不合适的,”前洛斯阿拉莫斯国家实验室核情报项目经理,前国际原子能机构视察员罗伯特·凯利说。“俄罗斯正在销售压水反应堆,这丝毫不让我感到困扰。”他说,真正的问题将是浓缩或后处理核燃料,将其提升到武器级材料。

冯·希佩尔说,通过同意回收并永久储存核废料,“俄罗斯正在从不扩散的角度提供一些非常有价值的东西”。麻省理工学院发展中国家对核能渴望项目负责人汉森说,“俄罗斯人在遵守法规方面做得很好”。他宁愿看到令人担忧的国家选择俄罗斯的一站式核能开发方法,也不愿他们自己进行核项目。

下一代……人才
无论俄罗斯对外国核工作人员的培训是否引起担忧,它对于预防反应堆事故至关重要,许多反应堆事故全部或部分是由人为操作失误造成的。索科尔斯基说,“即使是小型反应堆也需要在培训人员方面投入大量精力。”

俄罗斯一直在莫斯科以南两小时车程的奥布宁斯克培训新来者。这里正在旧宿舍和教室的基础上增建新的宿舍和教室,以应对未来几年预计涌入的大量外国人。第一批大约600名将在这里学习的土耳其学生——面容稚嫩,充满希望——在离家很远的地方,一边喝茶,一边展望着他们作为该国首批核工作人员的光明未来。

21岁的格克切汗·托松在她宿舍附近的一家咖啡馆里说,“感谢上帝有Skype”来打破单调。在她旁边的是奥尔根·科塞,他正在练习英语,这在经历了几个月艰苦的俄语课程后是一种解脱。“我们见过很冷的天气,我们见过零下35度,”他说,回忆起他的第一个俄罗斯冬天时,眼睛睁大了。然而,由于有有保障的职业和丰厚的薪水在等着他们,他们成为了朋友们羡慕的对象。

那天晚上晚些时候,一些土耳其人将在一个名为Rockkuyu的乐队中演奏,这个名字取自土耳其的阿库尤核电站项目。科塞谈到石油“已经枯竭”,太阳能太昂贵,以及核能是绿色的,“快速而美丽”。学生们相信,新的反应堆将使土耳其以及他们自己进入一个科技先进且可持续的未来。“土耳其将会成长,”科塞说。

俄罗斯将会在那里帮助他们。

*勘误:本段错误地指出TerraPower正在开发自己的快速微型反应堆。它正在开发的快堆不被认为是“微型”的。它还错误地报道该公司使用俄罗斯季米特洛夫格勒的一个设施来测试其原型。实际上,TerraPower在那里测试核材料。

 

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