核專家解釋福島核電站的最壞情況

目前在日本發生的事故型別源於外部交流電源的喪失,隨後是現場應急電源的故障。那裡的工程師正在爭分奪秒地恢復交流電源,以防止堆芯熔燬

首先是地震,震中位於日本東海岸附近的本州島附近。海嘯的額外恐怖緊隨其後。現在全世界都在等待,緊急救援人員正試圖阻止福島第一核反應堆發生堆芯熔燬,該反應堆的殼體結構已經發生了爆炸。

美國東部標準時間3月12日下午1:30,美國核能專家召開了媒體電話會議。儘管各位參與者討論了危機的政策影響,但物理學家肯·伯傑隆提供了有關反應堆實際損壞的大部分資訊。

“反應堆分析師喜歡將潛在的反應堆事故分類,”伯傑隆說,他曾在新墨西哥州的桑迪亞國家實驗室進行核反應堆事故模擬研究。“而日本發生的事故型別被稱為全廠斷電。這意味著外部交流電源的喪失——電力線路中斷——隨後是現場應急電源的故障——柴油發電機。這被認為是極不可能發生的,但全廠斷電一直是幾十年來人們非常關注的問題。”


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“這種情況發生的機率很難計算,主要是由於所謂同因事故的可能性,即外部電源和現場電源的喪失是由同一原因造成的。在這種情況下,它是地震和海嘯。所以我們處於未知領域,我們身處機率認為我們不應該處於的境地。我們希望所有防止放射性物質釋放的屏障都不會失效。”

伯傑隆解釋了核裂變電廠過熱的基本原理。“燃料棒是包裹在[鋯合金外殼]中的長鈾棒。它們以圓柱形排列方式固定。水覆蓋了所有這些。如果水位下降到燃料以下,那麼溫度就會開始升高,包殼破裂,釋放出大量的裂變產物。最終,堆芯開始坍塌和熔化。這種情況在TMI[賓夕法尼亞州的三里島]發生了很多,但壓力容器沒有失效。”

前美國核管理委員會(NRC)成員彼得·布拉德福德補充說:“另一件事是包殼,也就是管子的外層,在足夠高的溫度下會與水發生反應。這本質上是一種高速生鏽,其中鋯變成氧化鋯,氫氣被釋放出來。而在大氣中,氫氣達到適當的濃度要麼是易燃的,要麼是爆炸性的。”

伯傑隆指出,“氫氣燃燒不一定會發生在惰性——沒有氧氣——的安全殼內,但他們不得不排空安全殼,因為所有這些蒸汽導致壓力正在升高。因此,氫氣與蒸汽一起被排放出來,它進入到某個有氧氣的區域或建築物,爆炸就在那裡發生。”

伯傑隆討論了有問題的特定發電廠,通用電氣設計的BWR Mark 1。“這是一個沸水反應堆。它是該國為商業反應堆開發的早期設計之一,在日本也被廣泛使用。與其他反應堆相比,如果你檢視美國核管理委員會的研究,根據計算,它的堆芯損壞頻率相對較低。(這意味著燃料部分熔化的可能性。)部分原因在於它有更多種將水注入堆芯的方法。因此他們有很多選擇,他們現在正在使用這些選項——例如,使用這些蒸汽驅動的渦輪機。執行這些蒸汽驅動的渦輪機不需要電力。但他們仍然需要電池電力來操作閥門和控制裝置。”

“因此,就嚴重事故而言,沸水反應堆有一些優勢。但缺點之一是,安全殼結構是一個燈泡狀的鋼殼,只有大約30或40英尺[9到12米]寬——鋼很厚,但與TMI等大型乾燥安全殼相比相對較小。它提供的反應堆事故的額外防禦層不如TMI等安全殼。因此,人們非常擔心,如果堆芯熔化,安全殼將無法倖存。如果安全殼不能倖存,我們就會面臨最糟糕的情況。”

那麼,最糟糕的情況是什麼呢?“他們正在排氣,以防止安全殼失效。但是,如果堆芯熔化,它將坍塌到反應堆容器的底部,可能會熔穿反應堆容器到安全殼地板上。它可能會像熔岩一樣以熔池的形式蔓延到鋼殼邊緣並熔穿。這將導致安全殼在不到一天的時間內失效。它擁有比切爾諾貝利更好的安全殼系統是好事,但它不如該國大多數反應堆那麼堅固。”

最後,伯傑隆總結了迄今為止的事件:“根據我們的瞭解,反應堆已經關閉,從所有控制棒都已插入的角度來說——這意味著不再發生核反應。但你必須擔心的是堆芯中仍然存在的衰變熱——這將持續許多天。”

“為了防止鈾的衰變熱熔化堆芯,你必須保持有水。而傳統的水源,為水泵提供動力的電力已經失效。因此,他們正在使用一些非常不尋常的方法將水注入堆芯,他們正在使用蒸汽驅動的渦輪機——它們依靠反應堆本身產生的蒸汽執行。”

“但即使該系統也需要電池形式的電力。而電池的設計目的不是持續這麼久,所以它們現在已經失效了。因此,我們不確切知道他們是如何將水送到堆芯的,也不知道他們是否給堆芯提供了足夠的水。我們認為,由於銫的釋放,堆芯至少在一段時間內已經暴露在水位之上,並且過熱了。我們真正需要知道的是,他們能讓水流動多久。而需要幾天才能阻止堆芯熔化。”

“我認為,安全殼仍然完好無損。但如果堆芯熔化,這種衝擊可能無法承受,安全殼將失效。如果這一切發生,則需要幾天的時間。至關重要的是恢復交流電源。他們必須將交流電源恢復到工廠才能控制它。我相信他們正在努力。”

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