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輻照加工因其節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于滅菌、食品保鮮、材料改性等多個領(lǐng)域，并逐步取代傳統(tǒng)加工方法，成為公認(rèn)的新一代高效益綠色環(huán)保和節(jié)能型科技加工方法。

彭朝榮 四川省原子能研究院院長

日本福島核事故發(fā)生已整整10年。據(jù)外媒消息，日本原子力委員會于3月10日發(fā)布最新調(diào)查報(bào)告并帶來了壞消息：福島核電站內(nèi)部污染程度遠(yuǎn)超預(yù)期，并且有再次爆炸風(fēng)險。

福島核事故是核能發(fā)展史上的一次重大災(zāi)難。這使很多對核科學(xué)不甚了解的人產(chǎn)生了反核、恐核情緒，甚至談核色變。但實(shí)際上，如今核技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、健康等方面有著廣泛的應(yīng)用。那么，人類在核能利用的過程中，是如何保障安全的?

四大屏障保障核電站安全

人們對于核的恐懼，很大程度上來自于它產(chǎn)生的輻射。但實(shí)際上，輻射并非核反應(yīng)所特有的產(chǎn)物。

人類遇到的輻射主要有三大類，即核輻射、空間輻射和環(huán)境輻射。其中空間輻射和環(huán)境輻射都是客觀存在的，是人類不可避免的輻射源。例如在夏季，人們之所以會感覺到陽光的“毒辣”，就與太陽發(fā)出輻射強(qiáng)度增大有關(guān)。太陽輻射具體包括太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。

“我們通常所說的核輻射，主要是指核設(shè)施、人工活動產(chǎn)生的放射性物質(zhì)和人工裝置所帶來的輻射。”西南科技大學(xué)國防科技學(xué)院院長段濤教授介紹道。

同樣是輻射，為什么核輻射聽起來特別可怕?

“核輻射作為一種電離輻射，其電離作用可使機(jī)體受到損傷。生物體吸收核輻射的能量后，一方面體內(nèi)細(xì)胞物質(zhì)的分子和原子發(fā)生電離和激發(fā)，導(dǎo)致體內(nèi)高分子鍵斷裂破壞;另一方面機(jī)體內(nèi)水分子(水約占成年人體的70%)電離形成自由基，導(dǎo)致細(xì)胞變性甚至死亡，直至引起物質(zhì)代謝和能量代謝障礙。”西南科技大學(xué)國防科技學(xué)院楊玉山教授說。

楊玉山指出，核輻射造成的損傷程度取決于射線種類、能量大小和人體器官對輻射的敏感性等因素。“由于人體的機(jī)體結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，對輻射的敏感性最高，因此耐輻射性最差。在核工業(yè)生產(chǎn)、核輻射實(shí)踐中必須保障人體的輻射安全。”

核電站是核能利用的一種重要方式。“核電站作為能源設(shè)施，在設(shè)計(jì)過程中加入了多等級且重疊的保護(hù)措施，其對環(huán)境產(chǎn)生的輻射微乎其微，更不會發(fā)生‘核爆’。”段濤介紹，作為核能來源，核電站設(shè)置有四重措施阻止放射性物質(zhì)外溢，這四重措施組成了核反應(yīng)堆的隔離系統(tǒng)。

保障核電站安全的四大屏障分別是：放置核燃料的氧化鈾陶瓷芯塊，它可以吸收95%以上的反應(yīng)產(chǎn)物;由鉛合金制作的燃料包殼，其能夠?qū)⒑巳剂闲景裘芊?壓力管道和冷卻劑系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒑巳剂闲景裘芊庠谀透邏合到y(tǒng)中，防止放射性物質(zhì)泄漏到反應(yīng)堆外;反應(yīng)堆厚度達(dá)1米的安全殼，安全殼能夠防止放射性物體進(jìn)出反應(yīng)堆并引起輻射擴(kuò)散。

段濤表示，有了這四層屏障，核電站對周圍居民沒有輻射，無須為核電安全擔(dān)憂。核電站可以在安全無輻射的情況下為人們提供能源。

“接地氣”的核技術(shù)應(yīng)用無處不在

近年來，我國的核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，從事核技術(shù)應(yīng)用的科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)等相關(guān)單位達(dá)10000多家。核技術(shù)應(yīng)用不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生命健康等方面發(fā)揮著不可替代的作用，也是國防建設(shè)、國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所不可或缺的重要組成部分。

令人意想不到的是，核技術(shù)也有“接地氣”的一面：美味耐儲存的泡椒鳳爪，就跟核技術(shù)脫不了關(guān)系。在生產(chǎn)加工過程中，一種特殊的殺菌技術(shù)——輻照加工技術(shù)的加入，使得食物的口感和味道得以長期保存。

有人不禁疑惑：“核輻射那么危險怎么還能加工食物?”“輻照食品吃了對身體有沒有害處?”“輻照過的食品是不是更難吃?”……

對此，專家的意見是不用擔(dān)心。“輻照加工因其節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于滅菌、食品保鮮、材料改性等多個領(lǐng)域，并逐步取代傳統(tǒng)加工方法，成為公認(rèn)的新一代高效綠色環(huán)保和節(jié)能型科技加工方法。”四川省原子能研究院院長彭朝榮研究員介紹。

輻照技術(shù)就是利用射線與物質(zhì)間的作用，電離和激發(fā)產(chǎn)生的活化原子與活化分子，使之與物質(zhì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)與生物化學(xué)變化，導(dǎo)致物質(zhì)降解、聚合、交聯(lián)、并發(fā)生改性。

其中，電子加速器作為一種提供高能電子束的輻照裝置，在輻照過程中扮演重要角色。彭朝榮介紹，利用電子加速器產(chǎn)生的電子束進(jìn)行輻照加工的技術(shù)手段更為安全、高效、經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)已成為輻照加工行業(yè)的發(fā)展趨勢。“就安全性而言，電子束輻照無需處理廢源，無環(huán)境污染隱患，電子束的產(chǎn)生和停止是通過電子加速器的開/關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，電子加速器關(guān)機(jī)后即無射線發(fā)出，安全性和可控性大大提高。”

段濤進(jìn)一步解釋，輻照加工技術(shù)主要采用放射性高能γ射線或電子加速器產(chǎn)生的電子束作為輻射源，射線能量較高，是潛在危害較大的一類裝置。“但是由于國家制定了《放射性同位素與射線裝置放射防護(hù)條例》(以下簡稱《防護(hù)條例》)，輻射加工技術(shù)的安全應(yīng)用有章可循，有法可依，因此放射性活動的工作人員和周圍公眾的健康與安全是有保障的。”

《防護(hù)條例》明確了輻照加工裝置地址選擇應(yīng)充分考慮水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和周圍的環(huán)境條件，輻照裝置必須設(shè)置于單獨(dú)建筑內(nèi)，輻照室屏蔽設(shè)計(jì)必須遵守國家規(guī)定的輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，嚴(yán)格按年劑量當(dāng)量限值控制;要求輻照室必須設(shè)有專(兼)職放射衛(wèi)生防護(hù)人員，裝設(shè)良好的通風(fēng)設(shè)施、安裝多道聯(lián)鎖裝置、應(yīng)急迫降裝置和固定式劑量監(jiān)測儀表等，確保輻照加工技術(shù)應(yīng)用中的安全，讓核技術(shù)更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)。

核廢料嬗變方案正受到國際核能界的重視

“核廢料泛指在核燃料生產(chǎn)、加工中產(chǎn)生的以及核反應(yīng)堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。核電站數(shù)量的增加導(dǎo)致核廢料也大量增加。核廢料具有放射性，是對人體產(chǎn)生輻射危害的重要輻射源和對環(huán)境造成污染的環(huán)境污染源，核廢料的處理是輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)的重要組成部分。”段濤說。

據(jù)介紹，在各種核廢料中，高水平放射性的核廢料由于其放射性強(qiáng)、毒性大、半衰期長、處理技術(shù)復(fù)雜、處理成本高，已成為核廢料安全有效處理與處置的世界性難題。

“核廢料的放射性不能用一般的物理、化學(xué)和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰變而減少。目前的技術(shù)無法降低核廢料的放射性周期。此外，因核廢料含多種元素，元素有各自的半衰期，所以同樣對待就會浪費(fèi)資源。但是如果想要分離各個同位素，對化學(xué)手段要求極高。”彭朝榮解釋。

核反應(yīng)堆只能燃燒不到1%的核燃料，剩余的多為核廢料，具有很大的放射性。而想要實(shí)現(xiàn)核燃料的增值與嬗變，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)加速器驅(qū)動次臨界嬗變系統(tǒng)(ADS)是有效和最佳的選擇。

實(shí)際上，該系統(tǒng)是加速器和反應(yīng)堆的“結(jié)合體”，由中能強(qiáng)流加速器(主要是質(zhì)子加速器)、外源中子產(chǎn)生靶和次臨界反應(yīng)堆構(gòu)成。

“在ADS系統(tǒng)中，加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流轟擊設(shè)在次臨界堆中的重金屬散裂靶件，引起散裂反應(yīng)，為次臨界堆提供外源中子，使次臨界包層系統(tǒng)維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗變核廢物。”楊玉山說，目前，我國研發(fā)的ADS質(zhì)子直線加速器采用超導(dǎo)直線加速器結(jié)構(gòu)，前端采用兩個完全相同的、并行的注入器互為熱備份，以保證其可靠性。

“危害環(huán)境的長壽命核廢物可通過該系統(tǒng)嬗變?yōu)槎虊勖暮藦U物，進(jìn)而降低放射性廢物的儲量及其危害性，所以ADS系統(tǒng)在產(chǎn)能過程中產(chǎn)生很少量的核廢物，是最具潛力的核廢料嬗變方案，正越來越受到國際核能界的重視。”段濤說。