作者:宗华 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/5 14:04:30
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反应堆良好运行至2050年 材料研究是关键

美国很多核反应堆设施都很陈旧。位于阿拉巴马州的布朗斯费里核电站于1974年开始运行。图片来源:Kevin Lamarque/Reuters

复杂的检查正帮助日渐老化的核电站在引起麻烦前发现其中存在的缺陷。今年3月,超声波检测辨别出了位于美国纽约北部的印第安点核电站反应堆芯中一些不锈钢螺栓上的磨损迹象。目前,来自加州帕洛阿尔托市电力研究所(EPRI)的研究人员正在分析十几个5厘米长的螺栓,以确定它们为何没能通过检查。

此项分析恰逢美国核管理委员会(NRC)考虑是否将印第安点核电站两座有着40年历史的反应堆的寿命再延长20多年。包括纽约州在内的这座核电站的反对者以出现缺陷的螺栓、去年发生的变压器火灾以及环境和安全顾虑作为该设施应当被关闭的证据。

该核电站损坏的螺栓只是全球日渐老化的核反应堆所面临维护问题的一个例证。国际原子能机构和NRC正在为这些设施制定管理指南,但对于美国来说,这个问题可能最为严重。该国的99座反应堆是年代最久远和规模最大的。

NRC已将仍在运行中的81座反应堆的许可证再续期20年。去年12年,它还为考虑将许可证再续期20年的设施提供了安全指引。不过,关于时间对这些将运行80年的设施所造成影响的顾虑仍然存在。

NRC前任主席Allison Macfarlane表示,面对廉价的天然气,该行业一直在艰难地维持着经济上的竞争力,同时很多核电企业在维护和升级方面进行着最小的投资。Macfarlane宁愿看到向更新、更安全的反应堆过渡,而不是试图将老旧的反应堆推向极限。

EPRI材料负责人Kurt Edsinger及其团队将对一些印第安点螺栓开展一系列综合性测试,以便检查断裂处并评估材料强度。他们还将分析已进行了约40年的中子轰击对螺栓中钢的晶体结构造成的影响。

此项研究是EPRI和美国能源部开展的一项更大规模努力的一部分,目的是将在核电站提出许可证续期时同日趋老化的材料及部件相关的风险告知全球核能发电行业和监管者。

“迄今为止并未认定阻拦许可证续期的通用障碍。”美国能源部轻水反应堆可持续性计划技术负责人Kathryn McCarthy表示。

随着全世界极少有新反应堆上线,现有设施的寿命会对全球气候产生巨大影响。目前,核电厂为美国提供约20%的电力以及超过一半的低碳电力。在全球层面,只有水电提供了更多的低碳电力,约占产生的全部电量的16%,而核电占到近11%。

“如果你能维护核电站并且替换零部件,便没有任何理由说它们无法运行很长时间。从气候的角度来说,核电站能长时间运行是非常好的消息。”位于加州伯克利的“环保进展”倡导组织主席Michael Shellenberger表示。

其他人则没有这么乐观。Macfarlane表示,诸如地下电缆等检查员无法看见的零部件的耐久性以及材料如何老化都是要考虑的重要问题。

尤其引发关注的是反应堆核心处的混凝土外壳结构和钢制压力容器,以及蜿蜒穿过核电站的数公里长电线。目前,研究人员正从原子水平上分析密集的加热和中子轰炸对核电厂关键材料造成的长期影响。

在某些情况下,科学家会开展加速老化的试验。在这个过程中,材料被持续辐射,以便模拟反应堆内部80年的活动。随后,这一信息被输入预测老化的模型中。

NRC的许可证续期流程关注的是可能并非常规维护项目的关键基础设施。该部门资深技术顾问Allen Hiser介绍说,他们的目标是创建一个在缺陷变成问题前便能将其探测到的检查系统。

NRC官员表示,这正是印第安点发生的事情。同时,类似螺栓缺陷在1988年被发现于法国的一座核反应堆。随后,该机构设立了检查要求,以便在将来探测此类问题。

不过,总部位于马萨诸塞州剑桥市的倡导组织——忧思科学家联盟核安全项目负责人Dave Lochbaum表示,这并非故事的全部。辨别出印第安点损坏螺栓的超声波检查(此项技术目前是强制性的)只是在纽约州于10年前向目测检查发起挑战后才出现的。

Macfarlane仍持怀疑态度。如果针对美国现有核电站的许可证被再次续期,那么这些设施将被用上80年之久,并且保持着近100年前的设计。“如果能有一些更新的反应堆,我们的处境会好很多。”(宗华)

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