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核电——现阶段最好的低碳能源
关键词： 辐射照射 模式预测 1986年 天然本底辐射 低碳
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我国大气污染严重，能源是大气污染的主要来源。化石燃料，特别是煤炭又是能源污染的主要来源。在改善煤电燃料链环境影响的同时，加快发展核电是减少我国环境污染和温室气体排放的现实有效途径。
不同能源产生的环境污染和温室气体的比较应是系统的、全面的比较。仅仅比较发电厂，甚至只说用电本身是不恰当的；例如有人说采用电动汽车就可解决污染问题，而我国电能主要来自燃煤电厂，燃煤电厂是大气污染的主要来源。采用电动汽车有可能减小局部地区的污染，但从整体上看有可能是增加了污染。
以核电为例，即不仅指核电厂本身，而是指包括从开采→水冶→转化→浓缩→元件制造→发电处理→废物处置的全过程。全面的比较指不仅限于系统本身的比较，而且包括建造这些系统及所用设备和原材料生产的过程，即整个生命循环产生的环境污染和温室气体。
●核电链对环境的影响很小
煤电链对公众产生的辐射照射约为核电链的50倍
基于上世纪90年代中期我国对煤电链与核电链产生的环境危害比较的结果是：从大气污染物排放来看，正常情况下，燃煤发电向环境排放的SO2，NOx，PM等大气污染物直接导致酸雨、降尘等环境影响，造成人体健康、森林、农作物、生态系统等明显危害；而核发电不产生任何大气污染物，未发现可察觉的环境影响；从放射性流出物排放来看，煤中含有天然存在的原生放射性核素，通过燃煤电厂的气载烟尘排放煤中的天然放射性核素到环境中；而核电链向环境排放经审管部门批准的远低于天然本底水平的气态和液态流出物，产生数量很少的固体废物作封闭处理，没有外排；煤电链的放射性流出物排放对公众产生的辐射剂量比核电链高约40倍。
从对公众的健康影响来看，对我国核燃料循环设施及核电厂放射性流出物所致公众归一化集体有效剂量（2001~2005年）的评价结果为：铀矿采冶0.81人·Sv/GWa（集体剂量为0.81人·希沃特每吉瓦年）、铀转化3.50×10-4人·Sv/GWa、铀浓缩4.81×10-4人·Sv/GWa、元件制造（1996~2000年）2.09×10-3人·Sv/GWa、压水堆核电厂2.91×10-3人·Sv/GWa、重水堆核电厂1.84×10-1人·Sv/GWa。对我国燃煤电厂气载流出物排放所致电厂周围居民的归一化集体有效剂量的评价结果为16.5人·Sv/GWa（石煤电厂约为7.0×103人·Sv/GWa），全国石煤碳化砖建筑物引起居民年集体有效剂量约3.1×103人·Sv。
可见，燃煤电厂的放射性排放及其对公众的辐射照射远远高于核电站的贡献；由于煤渣中放射性活度含量高于其他天然建材等材料，居住在含煤渣建材住房中的居民所受剂量也明显偏高；总的来说，煤电链对公众产生的辐射照射约为核电链的50倍。
●核电链是温室气体排放最小的电能链
核电链温室气体排放仅约为煤电链的1%
2011年中国工程院开展了对不同发电能源链温室气体排放研究项目，其主要结果是：当前我国核燃料循环前段（包括铀矿采冶、铀转化、铀浓缩、元件制造、核电站）的实际温室气体归一化排放量为6.2g-CO2 /kWh（二氧化碳的排放量为每千瓦时6.2克），考虑了核燃料循环后段（乏燃料后处理和废物处置）的总的温室气体归一化排放量为11.9 g-CO2/kWh。对煤电链，研究了煤炭生产环节、煤炭运输环节、燃煤电站建造、运行和退役环节和电力输配环节4个生命周期阶段中温室气体的直接排放和间接排放，其结果为1072.4 g-CO2/kWh。水电链在0.81～12.8g-CO2/kWh，风电链在15.9～18.6g-CO2/kWh，太阳能在56.3～89.9g-CO2/kWh之间。从温室气体排放来看，核电链仅约为煤电链的1%。在各种发电能源链中，核能链也是很低的。核能发电本身不会产生温室气体排放，但在建造核电厂和制造核电厂所需燃料和设备过程中需要消耗能源和材料，生产这些能源和材料需要排放温室气体，而我国能源主要来自燃煤电站，所以，也可以说核电链排放的温室气体也是来自煤电厂。
我国的温室气体排放总量已经位居世界前列，能源需求数量巨大且急剧增长，能源利用引起的温室气体排放总量还将进一步增加。核能属于低碳、密集性能源，以核能发电代替燃煤发电，对削减温室气体排放量的潜在贡献是非常明显的。加快发展核能是我国构建低碳型能源结构、应对气候变化的合理有效选择。
●核电链是安全的工业
福岛县成人终身所受剂量约为10mSv或更低，不会导致癌症风险增加
核电链发生事故的几率是很小的，即使发生了日本福岛第一核电站和切尔诺贝利这样的灾难性事故，但从整体上看，也不能改变核能是安全、环境友好产业这一结论。
联合国原子辐射影响科学委员会（UNSCEAR）通过收集、分析和评价各国提供的资料以及公开发表的文献，包括日本政府提供的资料，联合国成员国提供的测量结果，联合国机构（CTBTO，FAO，IAEA，WHO和WMO）提供的数据以及科学杂志出版的文章和独立分析等，研究和分析了有关福岛核事故的辐射水平和影响，并于2013年5月27日~31日的第60届会议上讨论并通过了“2011年东日本大地震和海啸引发核事故产生的辐射照射水平和影响”的报告。综合国内外已发表的资料，福岛核事故产生的辐射水平和影响是：
从公众成员所受剂量来看，居住在20公里撤离区和谨慎撤离区内的公众成员所受最高剂量，成人在撤离前和撤离中所受有效剂量小于10mSv（毫西弗），在3月12日前撤离的约为5mSv。对于1岁以下的儿童，甲状腺所受剂量约为50mGy（毫戈瑞）。居住在福岛市的成人第一年所受到的剂量约为4mSv。对1岁儿童的估算剂量约高1~2倍。居住在福岛县其他地区的居民所受剂量大致相同或更低。在日本其他地区的居民所受剂量更低。假设将来不再采取补救措施，预计将来一直住在福岛县的居民终身剂量约为170mSv，显然这一估算过高。实际的甲状腺吸收剂量可能低3~5倍，全身剂量约低10倍。总的来说，福岛核事故产生的剂量与天然辐射源对人产生的剂量大体相同，日本人所受天然辐射源的年有效剂量约2.1mSv，终身剂量约170mSv。临近国家和世界其他区域的辐射剂量远低于日本，年有效剂量小于0.01mSv。
从工作人员、应急人员、市政工作人员和志愿者所受剂量来看，到2012年10月末，约有24500名工作人员参加了福岛核事故的有关工作，其中约15%是东京电力公司的雇员，其他为合同工。约34%的工作人员累积有效剂量不超过10mSv，约0.7%（主要是东京电力公司工作人员）超过100mSv。6名东京电力公司工作人员累积有效剂量高于250mSv，最高剂量约680mSv，其剂量90%来自内照射（主要是放射性碘）。合同工外照射最高约200mSv，总剂量约240mSv。对于工作人员体内碘131的测量，独立进行的有效剂量的评价与东京电力公司的报告在合理范围内是一致的。没有考虑一些短寿命核素，特别是碘133的贡献，这可能使剂量低估约20%。由于监测滞后，在工作人员甲状腺中未探测到碘131。对于这些工作人员，内照射的估计存在不确定性。除甲状腺外，工作人员的器官剂量数据没有足够的信息，其中一个重要的是β辐射对眼晶体产生的剂量。
从对工作人员的辐射影响来看， 24575名工作人员中的绝大多数小于100mSv。167人所受有效剂量在100mSv~680mSv之间，平均约140mSv；其中12名工作人员甲状腺的吸收剂量在2Gy~12Gy（戈瑞）范围内，存在甲状腺癌增加的风险，但风险很低。其他小于250mSv的155名工作人员，有效剂量主要来自外照射，相关的癌症应在癌症发生率统计涨落范围内，发现是非常困难的。
总之，没有发生辐射相关的死亡和急性放射病；因为所受剂量都低于确定性效应的阈值，也不可能产生确定性效应；也不可能观察到癌症发生率的增加。
从对公众的辐射影响来看，公众所受剂量通常都不大或很低。福岛县成人终身所受有效剂量约为10mSv或更低，第一年所受剂量低约2~3倍。这样低的剂量不会导致癌症风险增加。对于事故发生时生活在福岛县的1岁以下的儿童，没有发现超额甲状腺癌。
从对非人类物种的辐射影响来看，对植物和动物可能存在短期的影响。对急性效应来说，由于剂量太低，并没有观察到对海洋和陆生生物的急性效应。在放射性物质沉积很大的较小区域，如放射性污水排入海洋的地点，有可能观察到影响。其他区域，影响不明显。
切尔诺贝利事故是核电历史上发生的最大的灾难性事故。联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）分别在2000年和2008年向联合国大会提交了关于切尔诺贝利事故后果的研究报告，主要结论是：
“切尔诺贝利事故几乎立即造成了很多严重辐射的影响。在1986年4月26日早晨出现在事故现场的600名工作人员中，134人受到高剂量照射（0.7Gy~13.4Gy）并患放射病。在这些人当中，有28人在头3个月中死亡，另外有两人在事故中因其他原因立即死亡。”“在134名急性放射病患者中，到2006年已有19人死亡，其原因是各种各样的，但一般均与辐射照射无关。”
“在1986和1987年间，约20万名恢复工作人员受到的剂量为0.01Gy~0.5Gy。”“在几十万应急工作人员和恢复工作人员中，除在受到较高剂量人群中观察到白血病和白内障发生率有增加迹象外，没有发现可归因于辐射照射的健康效应。”“在事故发生时的儿童和育儿中，从白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯受污染较严重的4个地区中，观察到了甲状腺癌的增加，但到2005年为止，仅有15人死亡。对于考虑剂量相对较小和其所受剂量与天然本底辐射差不多的全体居民，虽然已有基于模式预测固体癌症发生率增加的报道，但委员会决定，由于预测的不确定性、不采用模式估算受到低剂量照射的人群的效应的绝对数。”
“切尔诺贝利事故后尚无有关某一物种的局部种群由于辐射照射而灭绝的报告。在所有地区，种群均在长期慢性照射条件下生存。在随后的2~2.5年里，种群得到了恢复。没有观察到对动物种群或生态系统的持续严重影响”。
切尔诺贝利事故发生后20多年，全世界运行的核电站保持安全、稳定的运行，新建核电站的设计、建造和运行都有了更高的安全水平。福岛核事故后，全世界对这次事故的经验教训进行了总结，在事故预防、应急响应、安全基础、安全文化等多方面有了更高的安全目标。可见，切尔诺贝利事故和福岛核事故的放射性释放造成的直接辐射危害（对人体健康和环境）是相对有限的，也没有改变“核电是清洁、安全的能源”的结论。然而，尽管切尔诺贝利事故和福岛核事故对人体健康和环境的影响是有限的，但其产生的经济损失是巨大的，社会影响是不可接受的。必须采取有效措施，杜绝这类事故的发生。
●核电是减排效应最大的能源之一
一座百万千瓦电功率核电厂每年可以减少二氧化碳排放600多万吨
综上所述，核电链是对环境影响极小的清洁能源，核电厂本身不排放SO2、PM等大气污染物，核电站流出物中的放射性物质对周围居民的辐射照射一般都远低于当地的自然本底水平。核能属于低碳能源，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，是减排效应最大的能源之一。
我国政府承诺，到2020年非化石能源占一次能源消费比重将达到15%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。发展核电是实现这一目标的现实途径。核电的安全是有保障的，与其他能源相比，核能的即时死亡人数是最少的。核电的外部成本低，对煤电有较强的经济竞争力和替代能力。
当前我国已经投运和批准建设的核电厂均位于沿海地区，主要是因为东部沿海经济发达而缺少常规能源资源。随着中西部地区社会经济发展，面对资源、能源及环境问题的制约，应当积极推进内陆核电站建设。内陆核电与沿海核电没有本质差别，而且内陆核电站比沿海核电站有更严格的标准。在内陆建设核电站，不仅可以保证社会经济发展所需的能源支持，而且可以减少这些地区酸雨强度和环境污染问题。加快发展核电也是我国华北、长江流域以及中南地区改善大气环境质量和治理PM2.5等大气雾霾的必要措施。
本文作者潘自强为中国工程院院士，姜子英为中国原子能科学研究院副研究员