核電站最嚴重的後果是堆芯熔化

時間: 2011-03-15 21:05 來源: 資料 作者: 健康生活編輯

反應堆無法有效降溫的一個嚴重後果就是堆芯熔化,造成放射性物質洩漏。

堆芯熔化是指核反應堆溫度上升過高,造成燃料棒熔化並發生破損事故。

失去冷卻水後,堆芯水位下降,燃料棒露出水面,燃料中的放射性物質產生的熱量無法去除,隨後溫度持續上升會導致這種情況。

這是核電站可能發生的事故中最為嚴重的事態。

堆芯由燃料組件構成,是反應堆的心臟,裝在壓力容器中間。 正如鍋爐燒的煤塊一樣,燃料芯塊是核電站”原子鍋爐“燃燒的基本單元。
這種芯塊是由二氧化鈾燒結而成的,含有2~4%的鈾-235,呈小圓柱形,直徑為9.3毫米。
把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中,成為一根長約4米、直徑約10毫米的燃料元件棒
把200多根燃料棒按正方形排列,用定位格架固定,組成燃料組件。
每個堆芯一般由121個到193個組件組成。
這樣,一座壓水堆所需燃料棒幾萬根,二氧化鈾芯塊1千多萬塊堆芯。


此外,這種反應堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水(冷卻劑)。
控制棒用銀銦鎘材料製成,外面套有不銹鋼包殼,可以吸收反應堆中的中子,它的粗細與燃料棒差不多。 把多根控制棒組成棒束型,用來控制反應堆核反應的快慢。

如果反應堆發生故障,立即把足夠多的控制棒插入堆芯,在很短時間內反應堆就會停止工作,這就保證了反應堆運行的安全。

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 “堆芯熔化”不等于核物質泄漏

  王佑

  里氏9級的日本大地震,所引起的福島第一核電站爆炸事故,到底是否會產生巨大的危害?這是近幾天來全球所矚目的焦點。《第一財經日報》從多位國內專家處了解到,從目前的事態進展上看,日本的核電站爆炸事故并不如想象中嚴重,核輻射屬于可控范圍。

  “堆芯熔化”影響幾何

  “核電項目的設計,可以比喻成一個高壓鍋。”上海交通大學核科學與系統工程學院副教授張少泓博士說,“核燃料就好比是裝在高壓鍋內的物質,雖然燃料采用了耐高溫的陶瓷材料,當其溫度一旦超過了某種限度,也是會熔化的。”這也就是所謂的“堆芯熔化”。

  “堆芯熔化”的意思是指,當核反應堆溫度上升過快,造成燃料棒熔化并發生破損的事故。

  日本福島第一核電站是怎樣出現“堆芯熔化”問題的呢?

  首先,核電站外的緊急供電設備因地震而無法啟動,導致用于冷卻核反應堆的冷卻水難以被傳送到核反應堆。當失去冷卻水之后,堆芯的水位下降,燃料棒露出水面,燃料中的放射性物質就因熱量過高而直接上升,“這對于核電站而言,是非常嚴重的了。”上海核工程設計研究院前院長沈增耀在電話中向記者解釋道。

  但專家也強調,即便是“堆芯熔化”了,也并不一定意味著巨大的放射性物質外泄,“堆芯熔化之后,會變成可流動的熔融物,只有當用于承載堆芯的壓力鍋(即壓力容器)也被熔穿后,堆芯里面的熔融物才會流出來,再進一步熔穿反應堆廠房的混凝土地基后,才可能進入生物圈、污染地下水等等。”

  因此,雖然“堆芯熔化”了,但只要外面的壓力鍋(即壓力容器)不破,事故放射性外泄的后果將是有限的。

  參與建設國內AP1000第三代核電項目的國核工程一位高層昨天向本報表示,很多人混淆了一個概念,“現在堆芯并沒有爆炸,而是廠房爆炸了。”

  日本經濟產業省原子能安全保安院昨天稱,3月14日上午11時許,東京電力公司福島第一核電站3號機組發生氫氣爆炸,爆炸導致11人受傷。但是公司已確認,核反應堆壓力容器和反應堆安全殼沒有受損。官房長官枝野幸男表示:“輻射物質大量飛散的可能性較低。”

  專家表示,在核燃料的外層,分別包括壓力容器、安全殼以及廠房等。只要壓力容器和安全殼不破損,事故就不會很嚴重。

  “打個比方,核電廠的多道安全屏障就像俄羅斯套娃(也就是安全殼),最里面的放射性物質,怎麼才能出來呢?首先必須是壓力容器破裂,同時安全殼也破了。只有這兩者都破裂,核燃料才會有通道流出。只要不是這兩道屏障都出問題,就不會發生類似前蘇聯的切爾諾貝利核事故。”

  目前,日本將此次核電事故定義為4級事故,也就是所謂的“主要在設施內的事故”。

  “4級事故”大致是指:堆芯嚴重損壞,放射性物質少量外泄,對工作人員有嚴重健康影響,一般不需要采取防護行動。而可以參考的事故案例則是1980年的法國圣朗事故。

  “不必過于恐慌”

  既然事故并沒有太糟糕,那麼日本的本地居民是否會遭遇到嚴重核輻射?

  截至記者發稿時,福島縣政府宣布,在福島第一核電站方圓3公里范圍內,有22人受到放射性物質污染。

  據悉,遭受核輻射的22人是第一核電站附近的居民,他們被疏散到離核電站10公里之外的雙葉厚生醫院時,被檢出有核輻射影響。

  “現在日本將該事故定義為4級,當然事態也還在繼續發展中。”張少泓指出,地震來之前,該核電站還在發電,輸出較大功率。而地震之后,核電站的自動控制系統就馬上把反應堆停下來了。

  不過,核電站的一個特點在于,即便是反應堆停下來,核燃料仍在衰變,“因為里面有放射性的東西積累著。既然是在衰變,就會放出熱量,所以才會出現福島核電站這樣堆停了后,堆內的燃料還會過熱熔化的事故”他說,衰熱會隨著時間而衰減,所以離事故的時間越長,反應堆里面的熱源就越來越小,它會按照指數規律來衰減。

  至于外界所傳聞的一種劇毒金屬“钚”是否也會流出并滲透到外界,張少泓則表示,該金屬確實有劇毒,但如前所述,只要壓力容器、安全殼等安全屏障完好的話,堆芯熔融物是不會有機會進入生物圈的。

  另一位參與國家重大核電項目建設的央企中層也對記者表示,“最嚴重的核電輻射,是放射性物質的大量外泄。如果反應堆的熔融物在堆內,它對周圍的影響就不會很大。”

  該人士說,日本政府到現在采取了20公里邊界的疏散措施,說明核輻射是可控的。“此外,如果當初真的核輻射有巨大危害,那麼日本政府也不會在距離東京約170公里的地方,建設核電站。”

  他也表示,人們不要過度地去夸張核電站事故,也不能過度恐懼。

  當初切爾諾貝利核電站之所以發生了極為嚴重的7級事故,原因在于當時該核電站并沒有安全殼。盡管日本福島第一核電站也建立于上世紀70年代,但仍然有安全保護設施。張少泓認為,“其實不能說福島核電站所采用的核電設備本身有問題,而是因為當初在建立這個核電站時,人們(建設方及政府)并沒有預計過會有這麼大的災難。”


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