朝鮮的核反應堆有動靜了,美國智庫“科學與國際安全研究所”(ISIS)透過分析衛星圖發現,自從去年10月開始,位於朝鮮平安北道寧邊郡的“實驗輕水反應堆”(ELWR)已經開始運轉。
而根據國際原子能機構(IAEA)的猜測,這個輕水堆,到了去年12月已經實現臨界,該機構當時指責朝鮮此舉“違反安理會決議”。順帶提一句,認定日本福島第一核電站的核汙染水排海的計劃“符合安全標準”的,也是這個機構。
根據衛星下的熱成像對比圖,“實驗輕水反應堆”的西南部排水口,10月份的衛星圖上還沒什麼動靜,但到12月,已經有明顯的溫暖水流釋放出來。
如果不運轉,是不會大量排水的。這個反應堆,朝鮮方面之前對外的說法是最大熱功率為100MW(熱功率只是輸出的熱量,發電功率會小於這個數值),不過目前美國智庫透過衛星還看不出到底是試執行,還是已經滿功率運轉。
為了解釋方便,首先我們來了解下什麼是輕水堆反應。目前全世界投入實際發電的,都是裂變式反應堆,也就是靠可控的鏈式反應來釋放能量,至於真正清潔的聚變反應堆,也就是“人造太陽”,這項技術各國都還在實用化的路上。
裂變堆由幾個最主要的部分組成,最核心的當然是燃料棒,它們通常是鈾混合物粉末燒結成的二氧化鈾陶瓷芯塊,裝到特殊合金套管裡面,然後透過裂變源源不斷放出中子,互相轟擊來繼續鏈式反應,產生熱能,再“燒鍋爐”發電。
但燃料棒放出的中子不能隨它放多少,於是就需要第二個組成部分,控制棒。它一般是由硼、鎘、鉿等易吸收中子的材料製成,作用類似核電站的“油門”加“剎車”。
把控制棒從燃料棒區域抽出來,“車速”(反應速度)就會加快;把它放下去,“車速”就變慢,如果把它插到底,就會停止鏈式反應。
第三個組成部分,叫做慢化劑。如果裂變反應放出來的中子飛行速度過快,就沒法與鈾原子核發生反應,也就不能持續放出熱能了,所以需要讓它在介質中減速。最常用的慢化劑包括石墨、重水(也就是氧化氘D2O)、輕水(就是經過淨化的普通水)這些。
第四個重要的組成部分,就是冷卻劑了,因為“燒開水”也不能無限燒下去,必須保障整個反應在一個合適的溫度範圍內才安全。常見的冷卻劑包括重水和輕水、氦氣一類的不活潑氣體,再有就是熔鹽或是熔態金屬。
到了這裡,我們大致就可以知道輕水堆是怎麼得名的了,全球現有的核反應堆根據慢化劑和冷卻劑的搭配,大致可以分成下面這幾大類:
重水堆,用重水慢化,冷卻劑可以選擇重水、輕水和氣體等。由於重水堆的堆芯一般體積更大,建造費用和發電成本都更高,在全世界運用得數量並不算多,總數只佔11%左右,我國的秦山三期核電站就是重水堆;
輕水堆,包括壓水堆和沸水堆,慢化和冷卻都靠輕水,這是如今最廣泛使用的一種反應堆,大家都熟悉的那個倒黴催的福島核電站,就是輕水堆之中的沸水堆,上世紀70年代就建成使用;
石墨堆,用石墨來慢化,冷卻採用氣體或者輕水。如今全球第四代核電裡面比較先進的,採用氦氣冷卻,叫做高溫氣冷堆。世界上首座第四代核電站,中國石島灣高溫氣冷堆核電站就是這個型別。
在這之外,還有一種叫快中子增殖堆,簡稱快堆,顧名思義它是不需要慢化劑的,冷卻劑也就選擇了比較特別的物質——液態鈉來充當。一般國際公認這種堆的反應會產生核武器的重要原料鈽-239,因此存在比較大的核武器擴散風險。
朝鮮寧邊的這臺新反應堆具體是什麼型別?美國智庫“史汀生中心”認為是壓水堆,而“科學與國際安全研究所”則說是沸水堆,歐洲有情報認為是石墨輕水堆。最終的結論,估計還得朝方最終對外公開,才知道。
然後,這臺反應堆的100WM熱功率,算是個什麼概念呢?舉個例子,如今的成熟技術、我國也在用的美國西屋公司AP1000型輕水堆,它的電功率是1250MW,熱功率達到3415WM。
這麼一比,朝鮮這臺完全不夠看,但它也只是實驗堆,不是成熟的商業型號,並不完全可比。在它的旁邊還有一個更小,年代更久的的5MW電功率(25MW熱力輸出)的試驗堆,那是朝鮮的第一臺核反應堆。
寧邊的新反應堆啟動後,會給朝鮮帶來什麼好處呢?考慮到外媒並不真心關注朝鮮民生,所以它們在乎的,當然是首先它有能力生產核武器用的鈽。前面那家美國智庫ISIS估計,新反應堆一旦全面執行,每年可以生產20公斤左右的武器級鈽,這個數量大概是之前小反應堆的幾倍,足以每年製造5-10枚核武器。
當然,核反應堆最基本的用途還是發電,但既可以發電,又能用來提供武器級核原料,這對於經費並不寬裕的朝鮮來說,當然是一個兩全其美的選擇。至於燃料方面,朝鮮自己也產鈾,實在不夠了或許還可以找俄羅斯想辦法——美國都還得找它買,以現在的俄朝關係,這個應該不難。
朝鮮全國的電網覆蓋率並不低,但工業和居民用電的缺口不小,這和當年的蘇聯鉅變關係很大——蘇聯解體之後,以前的便宜原油就再也買不到了,一切成本就都得上升。
2012年國際能源機構(IEA)的資料顯示,朝鮮的人均用電量在1990年達到峰值,而2000年降到低點,此後緩慢上升,但直到2008年還低於1970年的水平,這幾年我沒有查到資料,但即使改善,應該也不會太多。
現在朝鮮的電力來源,最主要還是水電。朝鮮方面自己沒有透露準確的資料,不過根據美國和韓國研究機構的分析,朝鮮的發電總量應該在14-23太瓦時(1太瓦時=10的9次方千瓦時)之間,其中水電大約佔了一半到75%的比例。
但水電不像火電——只要有燃料,一年四季波動都不大——它很靠天吃飯,如果遇到枯水期,就可能完全發不出電。而火電方面,也需要大量便宜的煤或者天然氣,朝鮮的火電廠沒有經歷過像我們國家一樣的高強度技術升級,因此效率是比較低下的。
太陽能發電,這幾年在朝鮮逐漸多了起來,但它和水電一樣也是要看天吃飯的,還很佔地方,朝鮮又沒有像中國西部戈壁灘那種光照良好的場合,因此光伏不太可能作為主力來發展。
雖然人均用電不足,但朝鮮仍然在對外賣電,原因也不意外:居民用電當然可以改善生活,但並不產生效益,在國家有困難(最最主要的因素還是制裁,並不是朝鮮人懶)的時候,賺外匯或者換回資源,顯然是更加重要的。
這也是為什麼從衛星圖上來看,朝鮮晚上一片漆黑的區域那麼大,不是不想用也不是沒有電力網,只是現在真沒那麼多富餘的電。
沒足夠的電,不光老百姓生活不便,更大的麻煩還是不可能有工業的發展。所以朝鮮對核電念念不忘的理由很充分了:輸出穩定,而且成本不會太高,如果透過核電站補上了電力缺口,朝鮮就更有可能透過工業品來賺取更多外匯,或換來資源。
到了俄烏衝突開始後,俄羅斯和朝鮮走得更近,俄羅斯是核電大國,普京前幾天才剛連線參加了俄羅斯承建的埃及核電站的建設啟動儀式。在他不久之後訪問朝鮮期間,俄羅斯會不會幫這個“小兄弟”在核電方面點撥點撥?並非不可能。
2021年,勞動黨八大上,朝鮮最高領導人提出“要解決國內電力短缺的長期問題”。如果朝鮮多幾座核電站,再結合其他刺激因素一起,比如在便宜的俄羅斯能源支撐下,把火電廠進行升級,經濟發展就有希望得到更大提速,也利於形成正向的產業迴圈。
生產更多的核彈材料,各方確實都不希望看到,包括中國也一樣。雖然平壤的核彈是為了防備美韓,不是對外侵略,但終究也是不祥之物,在現階段也會耗費用來發展經濟的寶貴資源。
不過,生產不生產核彈材料,這是朝鮮自己主權範圍內的事情,咱們最多也只能勸。更好的選擇,還是幫助營造一個朝鮮可以不必造更多核彈,也能確保國家安全的外部環境。
這隻靠中國是不行的,朝鮮的主要敵人美韓,如果想達到這個目的,也得做出自己的讓步,中國在這之中只是勸架的角色。
在朝鮮沒有生存擔憂的前提下選擇和平利用核能,外界是應該支援的,畢竟這是各國都在使用的一種未來能源,充足的電力也可以幫助改善朝鮮的發展和民生問題。
就從半島的均衡來看,朝鮮發展核電也不該被打壓,南邊的韓國也有幾十座核電站,經過幾十年運營已經有大量核廢料,理論上也是可以很快製造核武器的。朴正熙時代就有過偷偷搞核彈的記錄,後來被美國按下去,真要說危險,韓國也好不到哪裡去。
原本美國和朝鮮也簽署過《日內瓦框架協議》,這裡面規定美國牽頭為朝鮮建造兩座100WM輕水核反應堆,但美韓一直拖延。朝鮮後來也只能靠自己繼續進行,至於協議裡的內容,既然美韓都沒做到,平壤也就不需要再遵守。
美韓認為,朝鮮這臺輕水反應堆,2024年春夏應該就會正式啟用,對於中國來說,最需要做的當然不是像美韓那樣去阻止這一里程碑,而是想著怎麼讓這件事變得對我們無害。
個人認為最可行的,應該還是幫助朝鮮把這座反應堆的安全設計進行必要的最佳化,讓它在發電上更安全穩定。中國可能現階段不適合直接出面,但也可以和俄羅斯商量一下讓它來出面幹這件事,畢竟俄朝之間目前怎麼合作美國管不到,也不敢管。
*本文內容技術部分均來自公開新聞、行業論文和專業網站報告,不過筆者不是核電相關專業,如有錯漏,請大家輕噴~