朝鲜的核反应堆有动静了,美国智库“科学与国际安全研究所”(ISIS)通过一系列分析卫星图发现,自从去年10月开始,位于朝鲜平安北道宁边郡的“实验轻水反应堆”(ELWR)慢慢的开始运转。
而根据国际原子能机构(IAEA)的猜测,这个轻水堆,到了去年12月已经实现临界,该机构当时指责朝鲜此举“违反安理会决议”。顺带提一句,认定日本福岛第一核电站的核污染水排海的计划“符合安全标准”的,也是这个机构。
根据卫星下的热成像对比图,“实验轻水反应堆”的西南部排水口,10月份的卫星图上还没什么动静,但到12月,已经有明显的温暖水流释放出来。
如果不运转,是不会大量排水的。这个反应堆,朝鲜方面之前对外的说法是最大热功率为100MW(热功率只是输出的热量,发电功率会小于这个数值),不过目前美国智库通过卫星还看不出到底是试运行,还是已经满功率运转。
为了解释方便,首先我们来了解下什么是轻水堆反应。目前全世界投入实际发电的,都是裂变式反应堆,也就是靠可控的链式反应来释放能量,至于真正清洁的聚变反应堆,也就是“人造太阳”,这项技术各国都还在实用化的路上。
裂变堆由几个最主要的部分所组成,最核心的当然是燃料棒,它们通常是铀混合物粉末烧结成的二氧化铀陶瓷芯块,装到特殊合金套管里面,然后通过裂变源源不断放出中子,互相轰击来继续链式反应,产生热能,再“烧锅炉”发电。
但燃料棒放出的中子不能随它放多少,于是就需要第二个组成部分,控制棒。它一般是由硼、镉、铪等易吸收中子的材料制造成,作用类似核电站的“油门”加“刹车”。
把控制棒从燃料棒区域抽出来,“车速”(反应速度)就会加快;把它放下去,“车速”就变慢,如果把它插到底,就会停止链式反应。
第三个组成部分,叫做慢化剂。如果裂变反应放出来的中子飞行速度过快,就没法与铀原子核发生反应,也就不能持续放出热能了,所以要让它在介质中减速。最常用的慢化剂包括石墨、重水(也就是氧化氘D2O)、轻水(就是经过净化的普通水)这些。
第四个重要的组成部分,就是冷却剂了,因为“烧开水”也不能无限烧下去,必须保障整个反应在一个合适的温度范围内才安全。常见的冷却剂包括重水和轻水、氦气一类的不活泼气体,再有就是熔盐或是熔态金属。
到了这里,我们大致就不难得知轻水堆是怎么得名的了,全球现有的核反应堆根据慢化剂和冷却剂的搭配,大概能分成下面这几大类:
重水堆,用重水慢化,冷却剂可以再一次进行选择重水、轻水和气体等。由于重水堆的堆芯一般体积更大,建造费用和发电成本都更高,在整个世界运用得数量并不算多,总数只占11%左右,我国的秦山三期核电站就是重水堆;
轻水堆,包括压水堆和沸水堆,慢化和冷却都靠轻水,这是如今最广泛使用的一种反应堆,大家都熟悉的那个倒霉催的福岛核电站,就是轻水堆之中的沸水堆,上世纪70年代就建成使用;
石墨堆,用石墨来慢化,冷却采用气体或者轻水。如今全球第四代核电里面比较先进的,采用氦气冷却,叫做高温气冷堆。世界上首座第四代核电站,中国石岛湾高温气冷堆核电站就是这一个类型。
在这之外,还有一种叫快中子增殖堆,简称快堆,顾名思义它是不需要慢化剂的,冷却剂也就选择了比较特别的物质——液态钠来充当。一般国际公认这种堆的反应会产生核武器的重要原料钚-239,因此存在比较大的核武器扩散风险。
朝鲜宁边的这台新反应堆具体是什么类型?美国智库“史汀生中心”认为是压水堆,而“科学与国际安全研究所”则说是沸水堆,欧洲有情报认为是石墨轻水堆。最终的结论,估计还得朝方最终对外公开,才知道。
然后,这台反应堆的100WM热功率,算是个什么概念呢?举个例子,如今的成熟技术、我国也在用的美国西屋公司AP1000型轻水堆,它的电功率是1250MW,热功率达到3415WM。
这么一比,朝鲜这全不够看,但它也只是实验堆,不是成熟的商业型号,并不完全可比。在它的旁边还有一个更小,年代更久的的5MW电功率(25MW热力输出)的试验堆,那是朝鲜的第一台核反应堆。
宁边的新反应堆启动后,会给朝鲜带来啥好处呢?考虑到外媒并不真心关注朝鲜民生,所以它们在乎的,当然是首先它有能力生产核武器用的钚。前面那家美国智库ISIS估计,新反应堆一旦全面运行,每年可以生产20公斤左右的武器级钚,这个数量大概是之前小反应堆的几倍,足以每年制造5-10枚核武器。
当然,核反应堆最基本的用途还是发电,但既可以发电,又能用来提供武器级核原料,这对于经费并不宽裕的朝鲜来说,当然是一个两全其美的选择。至于燃料方面,朝鲜自己也产铀,实在不够了或许还可以找俄罗斯想办法——美国都还得找它买,以现在的俄朝关系,这个应该不难。
朝鲜全国的电网覆盖率并不低,但工业和居民用电的缺口不小,这和当年的苏联巨变关系很大——苏联解体之后,以前的便宜原油就再也买不到了,一切成本就都得上升。
2012年国际能源机构(IEA)的多个方面数据显示,朝鲜的人均用电量在1990年达到峰值,而2000年降到低点,此后缓慢上升,但直到2008年还低于1970年的水平,这几年我没有查到数据,但即使改善,应该也不会太多。
现在朝鲜的电力来源,最主要还是水电。朝鲜方面自己没有透露准确的数据,不过根据美国和韩国研究机构的分析,朝鲜的发电总量应该在14-23太瓦时(1太瓦时=10的9次方千瓦时)之间,其中水电大约占了一半到75%的比例。
但水电不像火电——只要有燃料,一年四季波动都不大——它很靠天吃饭,若遇到枯水期,就可能完全发不出电。而火电方面,也需要大量便宜的煤或天然气,朝鲜的火电厂没有经历过像我们的祖国一样的高强度技术升级,因此效率是比较低下的。
太阳能发电,这几年在朝鲜逐渐多了起来,但它和水电一样也是要看天吃饭的,还很占地方,朝鲜又没有像中国西部戈壁滩那种光照良好的场合,因此光伏不太可能作为主力来发展。
虽然人均用电不足,但朝鲜仍然在对外卖电,原因也不意外:居民用电当然能改善生活,但并不产生效益,在国家有困难(最最主要的因素还是制裁,并不是朝鲜人懒)的时候,赚外汇或者换回资源,显然是更重要的。
这也是为什么从卫星图上来看,朝鲜晚上一片漆黑的区域那么大,不是不想用也不是没有电力网,只是现在真没那么多富余的电。
没足够的电,不光老百姓生活不便,更大的麻烦还是不可能有工业的发展。所以朝鲜对核电念念不忘的理由很充分了:输出稳定,而且成本不会太高,如果通过核电站补上了电力缺口,朝鲜就更有可能通过工业品来赚取更多外汇,或换来资源。
到了俄乌冲突开始后,俄罗斯和朝鲜走得更近,俄罗斯是核电大国,普京前几天才刚连线参加了俄罗斯承建的埃及核电站的建设启动仪式。在他不久之后访问朝鲜期间,俄罗斯会不会帮这个“小兄弟”在核电方面点拨点拨?并非不可能。
2021年,劳动党八大上,朝鲜最高领导人提出“要解决国内电力短缺的长期问题”。如果朝鲜多几座核电站,再结合其他刺激因素一起,比如在便宜的俄罗斯能源支撑下,把火电厂进行升级,经济发展就有希望得到更大提速,也利于形成正向的产业循环。
生产更多的核弹材料,各方确实都不希望看到,包括中国也一样。虽然平壤的核弹是为了防备美韩,不是对外侵略,但终究也是不祥之物,在现阶段也会耗费用来发展经济的宝贵资源。
不过,生产不生产核弹材料,这是朝鲜自己主权范围内的事情,咱们最多也只能劝。更好的选择,还是帮助营造一个朝鲜可以不必造更多核弹,也能确保国家安全的外部环境。
这只靠中国是不行的,朝鲜的主要敌人美韩,如果想达到这个目的,也得做出自己的让步,中国在这之中只是劝架的角色。
在朝鲜没有生存担忧的前提下选择和平利用核能,外界是应该支持的,毕竟这是各国都在使用的一种未来能源,充足的电力也能够在一定程度上帮助改善朝鲜的发展和民生问题。
就从半岛的均衡来看,朝鲜发展核电也不该被打压,南边的韩国也有几十座核电站,经过几十年运营已经有大量核废料,理论上也能很快制造核武器的。朴正熙时代就有过偷偷搞核弹的记录,后来被美国按下去,真要说危险,韩国也好不到哪里去。
原本美国和朝鲜也签署过《日内瓦框架协议》,这里面规定美国牵头为朝鲜建造两座100WM轻水核反应堆,但美韩一直拖延。朝鲜后来也只能靠自己接着来进行,至于协议里的内容,既然美韩都没做到,平壤也就不需要再遵守。
美韩认为,朝鲜这台轻水反应堆,2024年春夏应该就会正式启用,对于中国来说,最需要做的当然并非是像美韩那样去阻止这一里程碑,而是想着怎么让这件事变得对我们无害。
个人认为最可行的,应该还是帮助朝鲜把这座反应堆的安全设计做必要的优化,让它在发电上更安全稳定。中国可能现阶段不适合直接出面,但也可以和俄罗斯商量一下让它来出面干这件事,毕竟俄朝之间目前怎么合作美国管不到,也不敢管。
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