崩溃—-核电灾难对电网的影响

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让我们闭上双眼想象一下50年后的世界将是什么样子的,或许大家会想到空中穿梭的悬浮汽车,瞬间转移技术或甚至是仿生技术。无论这些遐想是如何表现未来城市的,所有的这些新科技都只可能是依赖核电驱动的。

 

很多年来,核电工业都在稳步发展,我们也越来越坚信核电是安全可靠的。但是很多人都没有意识到,核电工业受大自然和人类的影响,存在一定的风险。今天我们将讨论于2015年六月美国领导力政策基金会授权发布的《电磁风暴、太空环境以及战略威胁对美国核能电站的影响》报告。

 

在我们开始讨论文章中列举的各类威胁情况前,我们先回顾一下核能电站的历史。

 

明日世界

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尽管第一座核电站于1954年投入运营,但是核能发电的研究实验已于1930年代核能之父ERNEST RUTHERFORD发现了锂原子裂变释放能量的现象之后就陆续开始了。到了五十年代,美国、苏联、英国和加拿大等过都竞相努力将核能运用于电力生产。

 

美国政府于1954年通过了《核能法修正案》,允许公开反应堆技术以鼓励私营企业开发相关领域。最终,苏联的第一台5MW核电机组于OBINSK地区投入并网运营。在之后的三十年中,核电工业得到了长足的发展,全球总装机容量从最早的1GW达到了300GW。

 

灾难来临

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1979年3月28日,位于宾夕法尼亚州DAUPHIN郡的核电站内发生事故,事故的起因是常规岛的二次通讯设备发生故障,造成释压阀出错打开,释放了大量的反应堆冷却剂,进而引起了反应堆堆芯温度过高,最终造成了全球知名的三里岛事故。这个事故中除了机械故障外,员工培训方面的不足也值得反省,员工们在第一时间无法判断故障起因,而且由于一个显示灯被无意遮盖住,造成一名操作员手动屏蔽了紧急冷却系统,最终酿成大祸。

 

1986年4月26日,全世界遭受了史上最严重核能事故,它发生在现今乌克兰境内PRIPYAT市的切尔诺贝利核电站。当时,反应堆发生爆炸并起火,释放了大量的高辐射物质,蔓延了整个苏联和欧洲地区。这次事故当场造成31人死亡,长期影响造成的伤害至今无法估量。

 

现代核电

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虽然核电事故使人们对于其安全性存有疑虑,同时也促进了众多安全规则的制定,核电站的数量仍加速增长,至今在全球31个国家已经有438座核电站投入了运营。这438座核电站供应了全球约10%的电力,其中约1/4的核电站位于美国的30个州。

 

为了保护公众健康和安全,美国政府于1975年成立了核工业规范委员会,以监督美国境内的所有核电站。尽管属于其常规职责范围内,核工业规范委员会在更新修改规范条款方面却显得落后于时代,其指定的规程直到80年代时期都没进行任何修改和调整。

 

我们再来谈谈美国领导力政策基金会的这篇报告,其中详述了其对于美国境内核电站在遭受电磁风暴和太空环境影响时的忧虑。

 

电磁风暴

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电磁风暴也就是电磁脉冲风暴(EMPs)虽然看起来像汤姆·克兰西小说里的虚幻内容,但它却是我们每天必须面对的一个现实威胁。电磁风暴可以通过核爆炸产生,其发展过程可以分为三个阶段:第一阶段HEMP,在这个阶段中由地表上方的核爆炸引发了大规模电磁信号风暴,通常这些信号都集中于大气层上方。这些高速且波段窄小的脉冲信号是破坏性最大的,因为其高速度和破坏性特质对于敏感度高的电子元器件的影响尤为严重。

 

电磁风暴的第二阶段也就是我们常说的中间段HEMP,这些电磁信号对电子产品的影响与闪电类似。常规的电涌保护器就可以保护电子设备免于其影响,这个阶段的电磁风暴没有第一阶段的破坏力如此之大。电磁风暴的最后阶段也被称为延时HEMP或磁流体(MHD),这类电磁信号在自然界中普遍存在,例如地球磁极干扰等等。

 

尽管电磁风暴不会对人体产生直接破坏,但是它会严重破坏电子设备,包括电子线路板以及电网系统中分布着的众多变压器设备。大家可以回忆一下最近一次遇到停电时的手足无措,再设想一下大面积永久性停电,就不难理解为什么电磁风暴的破坏力会如此之大。

 

太空环境

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除了人为核爆炸引起的电磁风暴外,研究发现太阳耀斑和其他太空环境事件也会产生类似人造电磁风暴的效果。这些电磁风暴可能是通过地球磁极风暴引起的,能量通过地球两极的磁力线快速传输形成了此类风暴。

 

尽管这类电磁风暴的强度同人为电磁风暴的第三阶段相似,但是由于它们是由太阳风暴产生的,所以其影响范围将远大于后者。另外这类电磁风暴比人为电磁风暴的影响持续时间更久,因而其对电子设备以及电网系统会产生更长久的破坏。

 

这些因素对核电站的影响

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核科学家们和美国领导力政策基金会都认为电磁风暴和太空环境除了对电网系统会产生破坏之外,对于核电站设施也会产生相应的不良影响。全国的基础设施都是基于电网系统规划建设的,任何一个环节的故障对于公众健康和安全都将带来严重后果。

 

这些因素除了会引起电网系统大面积瘫痪外,还会造成全国范围内核电站故障,大量装备有精密电子元器件的应急系统和检测设备将无法工作。尽管白宫和国会都强调了电磁风暴和太空环境对于美国基础设施和整个社会存在潜在威胁,但是核工业规范委员会仍对其不甚重视。该协会仍将其政策的制定基础定位在早已过时的1982年时的核工业标准。

 

通过最近的报告,我们可以认识到核电站和全国电网面临的威胁,如果大家有什么想法和建议,尽情留言讨论。

(原文作者:ITS CREW,翻译:Chez_Chris)

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  1. Henry Bian 2016-8-30 14:14 #1

    GEARKR上总有这种类似科普的帖子。