爱华网资料：核电站核反应堆堆芯熔毁破坏原理
2011年03月15日13:21科学松鼠会网站我要评论(3)字号：T|T“熔毁”一词道出了核电最核心的问题：核能安全吗？
“熔毁”这个词因两件臭名昭著的事故至今令人记忆犹新：1979年的美国三里岛事故，以及七年之后发生在现乌克兰的切尔诺贝利事故。
你可以把福岛上那些沸水堆(BWR)的堆芯想象成电热壶中电子元件的放大版本。它淹没于水中，万分灼热。水流能使它冷却，同时还通过水蒸气带走热量，而水蒸气又可以带动涡轮产生电力。
如果冷却水停止了流动，那么就该出问题了——堆芯温度过热，过量的水蒸气产生。水蒸气将给反应堆容器（一个大型封闭的容器）带来大量压力，此外，金属芯可能因为过热而熔化，一些组件也会因此起火。
最坏的情况是，熔化的堆芯穿透了反应堆容器的底部，流到了安全壳（一个外部密封装置）的底面，而安全壳就是设计用于阻止熔化的反应堆进一步穿透的。这种情况下，虽然局部的损坏相当严重，但是原则上说，不会有放射性物质泄漏到外界去。可是，“原则上”也很难说的准。
核反应堆总是被设计成带有“多重的、过剩的”的安全功能。一旦其中一个失效了，其他的就会接替它解决问题。
然而，在福岛上的事实表明冗余安全机制（即下文的redundancy）并不总能奏效。地震使得三个核反应堆停止了运行，同时还中断了水泵的运转，水泵是负责运输凉水冷却灼热的堆芯的重要部件。为了应对这种情况，核电站是安装有柴油发电机组供备用电力的，事发时，发电机组确实是切入了供电系统，但是一小时后又切出了，原因还尚未明确。
这种情况下，多重的安全功能没能奏效。随之而来的则是巨大的恐惧，就像在电影《中国综合症》（The ChinaSyndrome）出现的情况那样：多种保护措施都阻止不了熔化的堆芯，使得高放射性物质和有毒物质钻入了地面，给人类带来了严重持久的环境灾害。
转播到腾讯微博然而，核倡议者却持相反的观点，他们认为在三里岛中的局部熔毁就没有带来任何严重的影响。确实如此，因为那时虽然堆芯熔化了，安全系统却起效了。而在切尔诺贝利事故中，核反应堆的设计本质上就不合理，并且环境灾害是由爆炸所释放到空气中的物质造成的，而不是因为熔化的反应堆堆芯。
“亚临界的”核反应堆
是否福岛上的核反应堆仍在局部熔毁，这还不是很清楚。
在核电站的所有者东京电力公司(Tepco)发布的公告中提到了最重要的一点：“控制棒已经完全插入了（反应堆正处于一个亚临界状态）。”
控制棒停止了核反应，虽然放射性核的衰变阶段也会持续产生热量，但是这一过程将使温度逐渐降低。
耐人寻味的是，日本核安全委员会的官员良平潮见（RyoheiShiomi）的一句话被广泛引用。他说，反应堆存在熔毁的可能，官员们正在加紧检查中。
与此同时，一个戏剧性的爆炸出现在了其中的一个核电站建筑上，爆炸至少已经严重损毁了外墙。原则上，这并不会导致放射性物质的泄漏，因为建筑只是一个外壳，保证危险物质密封性的这项工作是由内部金属安全壳负责的。
内阁官房长官枝野幸男（YukioEdano）证实了这一点，他说：“水泥建筑虽然已经崩塌，但我们发现内部的反应堆容器并未爆炸。”
他把爆炸归因于积聚的氢气，这和散热问题有关。
高压之下
我们目前所知道的唯一可能导致放射性物质泄漏的就是安全壳的排气。
当蒸气压力积聚在反应堆容器中时，一些紧急散热系统会停止运行，这时部分蒸气将散逸到安全壳中。
根据报道，蒸气导致安全壳中的压力上升到了正常工作水平的两倍，因此日方决定将部分气体排放到大气中去。
原则上，水分接触过堆芯后，排出气体中仅仅携带有像氮-16那样的短暂性放射性同位素。排放这样的气体可能产生短暂的伽马射线活跃，根据新闻报道，它已经被探测到了。
但有仍有一个疑点没能解释：在放射性探测中，可以明显地检测到放射性同位素——铯。它产生于核反应阶段，并且被限制在反应堆堆芯中。如果能在核电站外部检测到它，这就意味着堆芯已经开始瓦解了。
“如果有任何一个燃料棒出现泄漏，那么在空气中就可以检测到少量的放射性铯和放射性碘。”英国萨里大学的核物理教授派迪.里根（PaddyRegan）说道，“从检测到的含量中，你可以看出燃料棒的泄漏程度。”
到目前为止，这个至关重要的问题仍没有结论。
掩饰和质疑
事实上，目前为止整个事件中的疑团更多于解释。
和三里岛事故、切尔诺贝利事故一样，一些答案可能很快就能给出，但事件的全貌却需要数月，甚至数年才能浮现出来。这一切很大程度上取决于东京电力公司（Tepco）和日本有关当局所采取的策略。
就像部分其他国家的核电站一样，确切的说，日本的核工业在公开性和透明度上并不享有很高的名誉。
近些年来，东京电力公司自身已经牵涉到一系列的掩盖行为。在2002年，公司的主席和其他四位执行官因涉嫌伪造发电站的安全报告而被辞退。在2006和2007年，又证实了更多的伪造行为。
长远上看，福岛已经在日本内部和外部引发了许多重大问题。
鉴于这不是日本核电站第一次遭受到地震的破坏，那么把核电站建在东部海岸（地震活跃区沿岸）是否明智呢？
三里岛事故有效地阻止了美国建造民用核反应堆达30年，在这个众多国家都在寻找重新进入核工业的时代，福岛的事件又会带来怎样的影响呢？
福岛核电站正在发生什么1号和3号机组：厂房内氢气爆炸 （在阅读本专题之前需要阅读《不必担心日本“核爆炸”》了解背景知识） 如图，在正常情况下，压力容器中的蒸气会被排出去发电，发完电后经过冷却变成水又回到容器中，但是由于失去电力供应，这个循环过程没法完成。核燃料产生的衰变热把水变成蒸气，使得容器内压力变大，而且随着水位下降，包裹核燃料的锆合金暴露在蒸气中，无法被水冷却，温度越来越高，当超过1200度时，锆合金会与水分子发生反应，产生大量氢气。容器内压力的增大会让容器壁难以承受，而且高压使得水无法注入，所以需要把蒸气排出去（尽管这个过程也会把放射性物质带出去）。蒸气先被排到抑压水池，水会把蒸气中的部分放射性物质滞留住，然后蒸气通过抑压水池上的阀门排到厂房里，蒸汽中的氢气与厂房中的氧气混合发生爆炸，炸毁了厂房，但是没有伤及安全壳（图中灰色部分）。…[详细] | ||
2号机组：抑压水池爆炸，安全壳或受损 2号机组经历的本该与上述过程相同，但出乎意料的是，氢气在抑压水池部分就爆炸了，说明这个地方混入了空气。爆炸发生的详情没有披露，造成的后果也未知，这个爆炸有可能伤及安全壳，甚至有可能伤及压力容器，如果二者都被损伤，那么相当于给里面的放射性物质开了一个出口，这时候，只能祈求注水成功，使核燃料不至于熔化（核燃料是一种陶瓷，熔点2800度），完好的核燃料本身就可以滞留90%以上的放射性。 | ||
4号机组：核废料池冷却不足 福岛第一核电站有6座机组，4、5、6号机组都在例行检修，所以反应堆本身就是停止运作的，目前情况也很稳定，麻烦的是核废料池（乏燃料池）。在安全壳的外面、厂房的里面有一个核废料池，里面盛着水，用完的核燃料先要放到这个池子里冷却，因为废料中的铯和碘等元素还在衰变产生热量。由于电力故障或者别的什么原因，核废料池的水循环也出了问题，池子里的水被持续加热沸腾进而变成蒸气，这就和上述几个机组容器内的情况是一样的，只不过核废料池的外面既没有容器壳也没有安全壳，所以产生的放射性物质就直接排到外面了。15日，核废料池也发生了氢气爆炸，炸坏了厂房，这可能也是锆合金裸露在水外，温度升高与水分子反应产生氢气所致。另一种说法是，这是3号机组产生的氢气通过共用管道流入而引起。目前，日本官方正考虑用直升飞机或消防车向核废料池注水。 | ||
最坏情况分析 现在最可能的情况就是：1号、3号和2号机组通过蒸气排放排出了放射性物质；如果2号机组的容器壳和安全壳受损，则放射性物质也可以通过破损口排出；4号机组的核废料池本身就没有防泄漏外壳，产生的放射性物质直接排了出去。如果情况进一步恶化，达到的最坏情况可能是：1号、3号机组注水失败，核燃料熔化，跌落在容器壳上，将钢壳熔穿，然后跌落到安全壳上，再将钢筋混凝土壳（熔点1600度）熔穿，泄漏到外界；2号机组除了上述过程外，还可能两个壳子早就被炸坏，已经在源源不断的泄漏放射性物质；4号机组核废料池注水失败，核废料熔化直接排放放射性物质。 | ||
什么是核辐射 辐射可以粗略地分成两类，核辐射和电磁辐射。核辐射就是指一些元素（放射性元素），携带有很高能量的质子、中子、氦原子核、电子、光子等等，这些粒子可能脱离这些元素而射出去。如何脱离呢？有的是因为元素本身不稳定，比如《不必担心日本“核爆炸”》提到的铯和碘同位素，它们衰变的过程就是射出高能粒子的过程；有的是因为发生核裂变，一个大原子核分裂成几个小原子核，过程中射出粒子，核燃料铀235就是这样；还有的是因为聚变，几个小原子核合成大原子核，射出粒子；还有就是来自宇宙的高能粒子（宇宙辐射）。由于裂变和聚变往往是人为驱使的，所以日常接触不到这两种辐射，但是人体却不停的接受着衰变辐射和宇宙辐射。 现在福岛核电站的情况是，核燃料中铀的核裂变已经停止，但是核燃料中还有铯和碘等放射性元素，这些元素衰变得慢，可能飘到你的周围才射出粒子。…[详细] | ||
核辐射如何危害人体 粒子射出后，会打到组成人体细胞的分子，把分子结构破坏，这会产生三种结果：1、细胞受损坏掉，被人体分解、吸收、重新利用，不会造成很大伤害；2、打到生殖细胞，改变了染色体上DNA（基因）的结构，导致生育的后代是“怪胎”；3、打到体细胞，体细胞DNA发生变化，如果这种变化不能修复并且细胞仍然存活，就有可能出现细胞不受控制地复制的情况，就成了癌细胞。 结论就是，人体总在接受辐射；辐射未必会产生危害；更多的辐射会增加危害的概率。 | ||
如何应对核辐射 日常的核辐射，对人体产生危害的概率太小，可以忽略。如果遇到核电站泄漏这种非常规情况，也要看泄露出来的剂量大小，如上图所示，人体受辐射大于100毫希弗才有风险。对于泄露出来的放射性元素，我们要尽量把它们隔绝在皮肤外，衣服沾上了就把衣服换掉。如果皮肤也粘上了，就洗澡洗掉。当然更要防止吸入、或吃入体内。核电站泄漏后，“主力军”就有碘，而人的甲状腺是会吸收碘的，我们可以提前吃没有放射性的碘，甲状腺吸收到足够多的碘，就不会去吸收放射性碘了。怎样吃碘呢？方舟子给出了意见：在吸入放射性碘数小时前服用碘片可起到100%保护作用，在吸入的同时服用也基本可保护，所以没必要提前服用。碘片剂量（100毫克）远远超出碘的每日限量（一天1.1毫克），没事不要乱吃。…[详细] | ||
目前普通人需要做什么 东京离福岛200多公里，辐射超标23倍，但也不过是每小时0.809微希弗，而坐飞机是每小时4.25微希弗。中国大陆离福岛最近的部分都有上千公里，虽然放射性元素的扩散与气候和风向等有关，但距离越远浓度越小是肯定的，所以中国大陆普通老百姓该吃吃，该喝喝，该上班上班，其它的都是瞎折腾。…[详细] | ||
万一出现最坏情况呢 万一出现最坏情况，各机组的核燃料都泄露，会是什么局面呢？我们可以拿切尔诺贝利事故作类比。切尔诺贝利事故至少有两个方面比福岛糟得多，第一是控制棒没能插入反应堆，所以核裂变没有停止；第二是没有安全壳，爆炸后核燃料完全暴露了。而福岛完全暴露的是核废料，反应堆中的核燃料应该不会全都冲破安全壳，且都是裂变停止的状态，也就是说福岛情况再坏也要比切尔诺贝利好很多。切尔诺贝利造成的损害范围主要在几百公里以内，所以即便是福岛出现最坏情况，给中国大陆造成严重危害的可能性也很小。…[详细] | ||
谨慎的人自然可以多做防范，但是像抹碘酒这类行为，那不叫防范，叫胡闹。震 > 正文
组图：图解福岛的核电站故障
2011年03月15日13:51科学松鼠会网站我要评论(16)字号：T|T转播到腾讯微博转播到腾讯微博转播到腾讯微博转播到腾讯微博转播到腾讯微博原图来自：华盛顿邮报网站-Howthenuclearemergencyunfolded 汉化者：ivanchaos
核电站反应堆燃料铀不纯不会像原子弹一样爆炸
2011年03月15日13:05科学松鼠会网站我要评论(1)字号：T|T1997年的一部纪录片《前线》里，请很多公民写下了他们从“核能”联想到的东西。他们的答案是：灾难、烦恼、厌恶、危险，以及辐射。然而，时光无法倒流，上世纪初，爱因斯坦提出E=mc2，之后由这个简洁公式所揭示的原子中的巨大能量逐渐变成了现实。1942年12月2日15点20分，在芝加哥大学西操场上，物理学家费米启动了世界上第一座可控原子反应堆。1954年6月27日，前苏联在奥布宁斯克建成世界第一座电功率5MW试验电厂。1957年，美国建成电功率为90MW的西平港原型核电厂。不管人类是否愿意，有没有做好准备，清洁的、绿色的，让人欢喜又让人忧的核能登场了。
其实，核能虽然看上去很高科技，却并不神秘，《辛普森的一家》中，辛普森便是一位核安全检查员。这位世界上最著名的核安全检查员曾说：“仁慈而万能的上帝，感谢你赐予我们核能——世界上最清洁的能源，仅次于太阳能。当然了，太阳能只是那些自以为是的家伙痴人说梦罢了。阿门！”
核电站会像原子弹那样爆炸吗？
提到核能，避不开的一个物理概念是“链式反应”。某些原子核可以分裂，并产生巨大的能量，即所谓的核裂变。比如铀235（铀同位素中的一种），只需要用一个中子轻柔地打它一下，它就可以发生分裂，分裂成两个或多个原子核，产生巨大能量。除此外，本次分裂还会再产生更多个中子，比如两个，这两个中子如果打到了附近的两个铀核，这两个铀核会继续分裂并产生4个中子，接着是8、16、32…产生成级数增加的中子和相应的伴随有大量能量释放的核裂变…这就是链式反应。
链式反应一经触发，势不可挡。百万分之一秒内，中子倍增的过程可以发生81次，引起2后面跟24个零那么多的铀核发生分裂。这个数目刚好是在广岛爆炸的那颗原子弹中发生分裂的铀核数目，在那个百万分之一秒中，被释放的能量相当于1300吨TNT。
核弹通过中子的倍增使得整个裂变在极短的时间内发生，但核电厂的反应堆则刚好相反。在反应堆中只有持续的链式反应，而没有倍增过程——在反应堆中，裂变释放2或3个中子，但平均只有一个中子会打击某个核，触发一次新的裂变，所以反应不会加速。能量以不变的速率释放出来，将水加热，产生蒸汽；蒸汽驱动汽轮机，汽轮机驱动发电机，产生电能——除了燃料不同，核电厂做的事情跟火力发电厂也差不了许多。
那么，如果反应堆的链式反应失控，会发生什么事情？每个核反应堆难道不就是一颗随时可能爆炸的核弹吗？我们是不是在靠反应堆操作者的警惕来避免那种爆炸呢？
而事实上，核反应堆是不可能像原子弹那样爆炸的。这个结论的原因很简单：核反应堆的燃料铀不纯，它们没有能力产生原子弹式的爆炸。
虽然核弹和核反应堆都是以铀为原料，但两者对纯度的要求完全不同，从地下挖出来的天然铀含99.3%的铀238和只有0.7%的铀235，而只有后者是能够发生链式反应的铀。生产核弹时，你需要付出昂贵的代价去除杂质铀238，要求铀235的纯度在90%以上，而反应堆中一般只需要稍微3%左右提纯的铀，正如烈度白酒可以点燃，啤酒却不能点燃的道理一样，反应堆即使失控，也不会像原子弹那样爆炸。
核电厂比几乎所有的工业都要安全
核泄漏事故是核电厂的噩梦。
现代的压水堆核电厂的反应堆中，有很完善的措施保证放射性物质不会外泄。核反应发生在一个锆合金的包壳内，锆合金外面流动着一回路的冷却水，因为这些水几乎直接跟核反应的核心部分接触，有一定放射性，我们并不利用这些水直接发电。在蒸汽发生器中，直接接触反应核心的一回路水与二回路水发生热交换，产生蒸汽，推动汽轮机发电。在发电机内做完工的蒸汽被外界冷的海水冷却成水。
而根据官方消息：“5月23日，大亚湾核电站二号机组监测发现一回路放射性水平异常上升……初步判断有一根燃料棒的包壳可能存在微小裂缝。”显然，这种情况下，核泄漏还没有发生。因为，在设计上，一回路的冷却水与外界完全隔离，且一回路与燃料之外还有还有个钢筋混凝土的安全壳。
资料显示，在这些安全屏障的保护下，发生严重的核事故的几率极低，从概率上来讲，一个反应堆大约运行100000个年才可能有一次，而新建的第三代机组发生频率还要低。
不发生事故的情况下，核电厂附近的日常辐射有多少？根据一位核电厂内部人士介绍，电厂员工平均每年接受的来自核电机组的辐射量比环境本底辐射小得多；而周围居民接受的来自核电厂的辐射更是微乎其微，一般每年在0.01毫希沃特以下，相当于每年增加了5天的环境本底外照射。
而当问到在华东某核电厂工作的一位年轻人：有没有安全感？他回答：“这个问题对于我这样专业的人员来说可以不用问。”在他的观念里：“你要知道目前全世界目前共有400多个核电机组，平均每个机组运行了30年，所有核电厂的工作人员是以万计，周围的公众是以千万计的，他们由于核电厂的运行而增加的风险是微乎其微的。”“核电厂比几乎所有的工业都要安全。核电厂周围的辐射量，甚至比一般的火电厂要小的多。”而另一位专研核能的专家则指出，“除了核废料的处理尚是个小麻烦，现代的核电站几乎不用担心安全性问题。”
我们为什么怕？
我们害怕放射性，去年的7月，在河南杞县的居民曾因为谣传中的钴-60爆炸而纷纷逃离（参见本刊*期《逃离杞县》）。很显然，这次大亚湾核电站的“微小泄露”风波，又刚好触动了我们敏感的神经。
对放射性的恐慌并非中国独有，也许，它是一种人类的共性，人类害怕未知，且天性对负面信息更敏感，这也就注定了，我们面对放射性时的恐慌。加州伯克利大学的物理学教授穆勒曾在一本书中指出：这也许是荣格说过的“种族记忆”的新例子——我们害怕看不见的危险，最初也许只是怕那些潜伏的捕食者或敌人。
那么，如何消除公众这种恐慌呢？一篇对法国核安全局核安全局副局长采访的旧文中说，“法国的核安全局每年都要发表一次长达400多页的年报，披露各种情况，包括核设施检查中发现的隐患。”仅在2004年年报中就披露了核电站存在的100项安全隐患，其中，很多隐患都是安全级别很低的，并且很快就可以到解决的。他们还会经常举行新闻发布会，与媒体沟通，向社会释疑。
在法国以及世界核电界，已经建立起了一种核电厂特有的企业文化———无论哪个环节、哪个人出何种程度的安全事故，绝不追究责任，而是鼓励及时报告，再由管理者向政府主管部门和公众通报，决不隐瞒。
目前，法国是世界上核电比例最高的国家，其核电占总发电量的比例达到85%以上，这个数字的世界平均水平是17%-18%,而在中国，这个比例约为2%。
对于本次大亚湾风波，一位不愿意透露姓名的核电行业相关人士则告诉记者：这次中广核的处理其实是及时而规范的：他们检测到第一回路的冷却水辐射异常后，马上采取了行动，在很短的时间内找到了原因，使问题得以控制和解决，并及时上报给了国家核安全局。
