描述福岛核电站事故发生过程

本帖最后由 541790202 于 2011-10-25 18:09 编辑 这篇文章有助于我们理解本次事故发生和发展的过程，可参考（应该是懂核电的内行人写的）。当 8.9 级地震冲击核电站时，所有的反应堆就自动关闭了。在地震开始后的数秒内，控制棒就插入到了堆芯内，链式反应即刻中止。而此时，冷却系统就开始带走余热。这些余热相当于反应堆正常运转时产生的 7% 的热量。地震摧毁了核反应堆的外部电力供应。而这是核反应堆能够遇到的最严重的故障之一，因此，在设计核反应堆的备用系统时，“电站停电”是一种被高度关注的可能性。因为核反应堆的冷却泵需要电力以维持运转。而反应堆关闭后，核电站本身就不能产生任何电力。 在地震发生后的一小时内一切情况是平稳的。为紧急情况而准备的多组柴油发电机中的一组启动，为冷却泵提供了所需的电力。然后海啸来了，比核电站设计时所预料的规模要更巨大的海啸，摧毁了所有的柴油发电机组。 在设计核电站时，工程师们所遵循的一个哲学就是“纵深防御”。这意味着你首先需要为了你能够想象到最灾难的情况设计防卫措施，然后为了你觉得可能绝对不会发生的子系统故障设计方案，以确保即使这样的可能绝对不会发生的故障发生后，核电站依然可以安全。而一场巨大的摧毁所有柴油发电机组的海啸就是这样的一种极端情况。而所有的防卫的底线就是前面提到过的外壳结构，将一切可能发生的最糟糕情况容纳于其中。 当柴油发电机组被冲走后，反应堆操作员将反应堆切换到使用紧急电池。这些电池被设计为备用方案的备用方案，用于提供给冷却系统 8 个小时所需的电力，并且也确实完成了任务。 而在这 8 个小时内，需要为反应堆找到另外一种供电措施。当地的输电网络已经被地震摧毁。柴油发电机组也已经被海啸冲走。所以最后通过卡车运来了移动式柴油发电机。 整个事件从这一刻起开始变得糟糕。运来的柴油发电机无法连接到电站（因为接口不兼容）。所以当电池耗尽后，余热就无法再被带走。 在这个点上反应堆操作员开始按照“冷却失灵”的紧急预案进行处理。这是“纵深防御”中的更进一层。理论上供电系统不至于彻底失效，但是现实如此，所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。这一切，无论对我们看起来多么不可思议，但却是反应堆操作员的培训的一部分——从日常运营到控制一个要融化的堆芯。 于是在这个时候外界开始谈论可能发生的堆芯熔融。因为到了最后，如果冷却系统无法恢复，堆芯就一定会融化（在几天后），然后这一切会发生在外壳结构内。“堆芯熔融”这个词其实有多种解释。“燃料保全失效”是描述燃料棒外壳（锆锡合金）融化更准确的说法。燃料棒外壳通常会比燃料本身先融化，并且造成来自机械，化学和热力学方面的一些恶果（压力过大，过于严重的氧化，及过热）。 然而，在目前距离融化还有一段时间，因此主要任务是确保堆芯不会持续升温，并保住燃料棒的外壳，确保外壳能够坚持尽可能多的时间。 既然让堆芯冷却是那么重要的事情，因此反应堆内实际上有多个独立的冷却系统（反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆堆芯隔离冷却系统，备用水冷系统，及紧急堆芯冷却系统）。而究竟哪一个失效了或是没有失效在此时无法得知。 既然操作员因为没有电力而无法使用大部分的冷却手段，所以他们需要使用任何可用的手段来进行冷却。但是在冷却手段的效率低于热量产生的速度时，压力容器内压力就会开始持续升高，因为越来越多的水蒸发为了蒸汽。于是现在的主要任务就是确保压力容器内温度低于 1200 摄氏度，否则燃料棒外壳就会开始融化，同时压力容器内的压力也需要得到控制。为了让压力容器的压力可控，水蒸气（及其他反应堆内的气体）就需要时刻排出。这个步骤在事故过程中很重要，可以确保压力不至于超出容器能够容纳的最大程度，所以在压力容器和外壳结构上设计有几个用于排压的阀门。所以为了保住压力容器和外壳结构的完整性，操作员开始旋松这些阀门来排除压力。 就像上面提到的，水蒸气和其他气体开始排出。而其中的某些气体就是裂变过程的产物，但是数量很少。所以，当操作员开始旋松阀门时，一些具有放射性的气体就一种可控的方式释放了出来（数量很少，并且经过了过滤和清洁装置）。虽然这些气体具有放射性，但是不会对公众健康造成威胁，甚至不会威胁在场的工作人员的健康。释放气体是一个合理的步骤，因为和持续积攒压力所造成的威胁外壳结构完整性的恶劣后果相比，释放气体的后果很轻微。 于此同时，移动发电机组运到，一部分电力开始恢复。然而，由于冷却水的蒸发量多于输入到反应堆内的冷却水，这实际上就降低了反应堆内的冷却能力。在排出蒸汽过程中的某个时间点，压力容器内的水位可能降低到了燃料棒以下，导致燃料棒暴露在了空气中。于是，某些燃料棒的外壳的温度超过了 1200 摄氏度，引发了锆锡合金和水的氧化反应。这些氧化反应会产生氢气，氢气进而和蒸汽及其他气体混合在了一起。这种可能性是已知的，但是操作员并不清楚氢气的数量及燃料棒的温度或是水位。氢气是一种非常易爆的气体，当大量的氢气和空气混合时，氢元素就会和氧元素发生反应。如果氢气的数量很大，那么反应就会非常快速地发生，并造成爆炸。所以在排压过程中某个时间点大量的氢气在外壳结构内积攒，并且被排到了外部和空气混合，然后就导致了爆炸的发生。这次发生在外壳结构外部，反应堆机房（不具有任何安全功能）内部。在 3 号机机房也发生了类似的爆炸。这次爆炸摧毁了反应堆机房的顶部和外墙的一部分，但是没有损坏到外壳结构和压力容器。虽然这不是大家期望发生的，但是的确在外壳结构外发生不过没有对电站安全造成威胁。 因为一部分燃料棒外壳温度超过了 1200 摄氏度，所以一部分燃料棒被损坏了。其中的核物质依然是完好的，但是外部的锆锡合金开始脱落。于此同时，一部分的裂变产物（铯，碘，等等）开始混合到水和蒸汽中。外界开始报道在大气中接测到铯和碘。 因为反应堆的冷却能力有限，并且水位持续在下降，因此工程师们决定向反应堆内注入海水（混有硼酸，一种中子吸收剂）来确保水位可以覆盖住燃料棒。虽然反应堆已经彻底关闭，但是硼酸的加入可以进一步确保链式反应完全停止。硼酸同时也可以留住一部分的碘同位素使得他们不会外散，虽然这不是加入硼酸的主要目的。 冷却系统中通常所用的冷却水是非常纯净的除盐水。使用纯净水的原因是为了避免发生腐蚀。注入海水将导致事件结束后需要进行额外的清洁，但是确实在当时提供了一种冷却手段。 更细节更真实的东西有待于事故后的调查。