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发表于 2011-3-15 09:13
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福岛核电站曾经十分接近核心融化。但是,目前最坏的情况已被避免:如果没有将海水注入,那么操作员就只能继续旋松阀门以释放压力。第三层护罩必须完全密封,以避免其中发生的核心融化泄漏出任何的放射性物质,然后会经过一段等待期,等待护罩内的裂变副产品完成衰变,所有的放射性粒子会附着在护罩内壁。冷却系统最终会被恢复,融化的核心也会冷却至一个可控的温度。护罩内部会被清理。然后需要做一项棘手肮脏的事情——将融化了核心移出,将凝固了的燃料棒及燃料一块一块地装入运输装置,运送到核废料处理厂进行处理。根据损坏状况,核电站的这块区域需要进行修理或是彻底拆除。5 W7 b O% U. }( [( L2 A: R* b. H
8 I% t' D- g: \) z9 e 核反应堆内的第一类放射性物质就是燃料棒中的铀元素,及放射性副产物铯和碘同位素。这些物质都在燃料棒内部。
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" t! c5 t5 f& |3 v2 a* C 而除此之外,还存在第二类放射性物质,产生于燃料棒外部。而首先需要说明的是,这些外部的放射性物质的半衰期都非常短,这意味着它们会在很短的时间内衰变为没有放射性的物质。“很短”的意思就是几秒。所以即使这类放射性物质被释放到自然环境中,它们也是毫无危害的。为什么呢?因为大约就在你读完“R-A-D-I-O-N-U-C-L-I-D-E”的这几秒内,这类物质就衰变到完全不具有放射性了。这类放射性物质就是氮-16(N-16),也就是氮气(构成大气的气体之一)的具有放射性的同位素。另外就是一些稀有气体比如氩。但是这些物质是如何产生的呢?当铀原子裂变时,会产生一个中子。大部分的这些中子都会撞击到其他的铀原子,由此链式反应就一直持续发生。但是其中的一些会离开燃料棒并撞击到水分子,或是冷却水中的空气。然后,一个不具有放射性的元素就会“捕获”这个中子,并变得有放射性。而就如前文所述,在数秒内它就会衰变到它本来的面目。
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上面所描述第二类的放射性物质在我们接下来要讨论的核泄漏中非常重要。
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福岛到底发生了什么
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接下来我会试着去总结目前的主要事实。冲击核电站的地震的威力是核电站设计时所能承受的威力的五倍(里氏震级之间的放大倍数是对数关系,所以8.9级地震的威力是8.2级,即核电站的设计抗震威力的5倍,而不是0.7的差异)。所以我们首先为日本的工程技术水平喝彩,至少一切目前是保下来了。
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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,控制棒就插入到了核心内,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3%的热量。
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& S2 h' o9 F% u 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。
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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。
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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第三层护罩,将一切可能发生的最糟糕情况——控制棒插入或者未插入,核心融化或者未融化——容纳于其中。
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) j3 o" Y9 i+ \! j+ w9 q" P1 |9 C 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。
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而在这八个小时内,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。
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( R. S C5 O; N* P- A9 ` 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。8 s6 U# M- t; {& j4 }+ f( \
" K8 M% v, M1 s1 E, a 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核心。1 E, R+ t% i. A2 ]4 z
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于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最后,如果冷却系统无法恢复,核心就一定会融化(在几个小时或是几天内),然后最后一层防线——第三层护罩及护罩内的大碗,就将经受考验。 |
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