輻照加工因其節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)勢，已被廣泛應用于滅菌、食品保鮮、材料改性等多個領域，并逐步取代傳統(tǒng)加工方法，成為公認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)布最新調查報告并帶來了壞消息：福島核電站內部污染程度遠超預期，并且有再次爆炸風險。

福島核事故是核能發(fā)展史上的一次重大災難。這使很多對核科學不甚了解的人產生了反核、恐核情緒，甚至談核色變。但實際上，如今核技術在工業(yè)、農業(yè)、健康等方面有著廣泛的應用。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生的輻射。但實際上，輻射并非核反應所特有的產物。

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)出輻射強度增大有關。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，主要是指核設施、人工活動產生的放射性物質和人工裝置所帶來的輻射。”西南科技大學國防科技學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，其電離作用可使機體受到損傷。生物體吸收核輻射的能量后，一方面體內細胞物質的分子和原子發(fā)生電離和激發(fā)，導致體內高分子鍵斷裂破壞;另一方面機體內水分子(水約占成年人體的70%)電離形成自由基，導致細胞變性甚至死亡，直至引起物質代謝和能量代謝障礙。”西南科技大學國防科技學院楊玉山教授說。

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。“由于人體的機體結構最復雜，對輻射的敏感性最高，因此耐輻射性最差。在核工業(yè)生產、核輻射實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。“核電站作為能源設施，在設計過程中加入了多等級且重疊的保護措施，其對環(huán)境產生的輻射微乎其微，更不會發(fā)生‘核爆’。”段濤介紹，作為核能來源，核電站設置有四重措施阻止放射性物質外溢，這四重措施組成了核反應堆的隔離系統(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%以上的反應產物;由鉛合金制作的燃料包殼，其能夠將核燃料芯棒密封;壓力管道和冷卻劑系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠將核燃料芯棒密封在耐高壓系統(tǒng)中，防止放射性物質泄漏到反應堆外;反應堆厚度達1米的安全殼，安全殼能夠防止放射性物體進出反應堆并引起輻射擴散。

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”的核技術應用無處不在

近年來，我國的核技術應用產業(yè)進入高速發(fā)展期，從事核技術應用的科研機構、高校、企業(yè)等相關單位達10000多家。核技術應用不僅在工業(yè)、農業(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、國家經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展所不可或缺的重要組成部分。

令人意想不到的是，核技術也有“接地氣”的一面：美味耐儲存的泡椒鳳爪，就跟核技術脫不了關系。在生產加工過程中，一種特殊的殺菌技術——輻照加工技術的加入，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心。“輻照加工因其節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)勢，已被廣泛應用于滅菌、食品保鮮、材料改性等多個領域，并逐步取代傳統(tǒng)加工方法，成為公認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。

輻照技術就是利用射線與物質間的作用，電離和激發(fā)產生的活化原子與活化分子，使之與物質發(fā)生一系列物理、化學與生物化學變化，導致物質降解、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，利用電子加速器產生的電子束進行輻照加工的技術手段更為安全、高效、經(jīng)濟，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，電子束的產生和停止是通過電子加速器的開/關技術實現(xiàn)的，電子加速器關機后即無射線發(fā)出，安全性和可控性大大提高。”

段濤進一步解釋，輻照加工技術主要采用放射性高能γ射線或電子加速器產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條例》(以下簡稱《防護條例》)，輻射加工技術的安全應用有章可循，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。”

《防護條例》明確了輻照加工裝置地址選擇應充分考慮水文地質結構和周圍的環(huán)境條件，輻照裝置必須設置于單獨建筑內，輻照室屏蔽設計必須遵守國家規(guī)定的輻射防護最優(yōu)化原則，嚴格按年劑量當量限值控制;要求輻照室必須設有專(兼)職放射衛(wèi)生防護人員，裝設良好的通風設施、安裝多道聯(lián)鎖裝置、應急迫降裝置和固定式劑量監(jiān)測儀表等，確保輻照加工技術應用中的安全，讓核技術更好地服務于國民經(jīng)濟。

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、加工中產生的以及核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料。核電站數(shù)量的增加導致核廢料也大量增加。核廢料具有放射性，是對人體產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與環(huán)境保護的重要組成部分。”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、毒性大、半衰期長、處理技術復雜、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資源。但是如果想要分離各個同位素，對化學手段要求極高。”彭朝榮解釋。

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

實際上，該系統(tǒng)是加速器和反應堆的“結合體”，由中能強流加速器(主要是質子加速器)、外源中子產生靶和次臨界反應堆構成。

“在ADS系統(tǒng)中，加速器產生的質子束流轟擊設在次臨界堆中的重金屬散裂靶件，引起散裂反應，為次臨界堆提供外源中子，使次臨界包層系統(tǒng)維持鏈式反應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質子直線加速器采用超導直線加速器結構，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，進而降低放射性廢物的儲量及其危害性，所以ADS系統(tǒng)在產能過程中產生很少量的核廢物，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。