日本福岛核事故 (Fukushima Daiichi nuc

发布于 2020-07-14   584人围观


日本福岛核事故 (Fukushima Daiichi nuclear disaster)– 反应炉事故演变

日本福岛核事故 (Fukushima Daiichi nuc

图1:3月16日卫星拍摄的福岛第一核电厂影像。从右至左分别是在事故中严重损坏的1号机至4号机组。 (图片来源

冷却系统失灵与氢爆
福岛第一核电厂在地震发生后,安全系统自动启动,控制棒成功插入炉心,核分裂连锁反应停止;但是海啸将输配电系统沖毁,造成厂外电源丧失(也许强震时即已丧失)。紧急柴油发电机成功启动供电,紧急安全系统开始运作。柴油发电机供电1小时后停止运转,原因为海啸造成柴油发电机燃料供应系统的故障,紧急安全系统因没有交流电而无法运作。反应器可能发生小破口冷却水流失事故,造成冷却水自压力槽的流失。

安全防御系统此时仍可利用汽机带动(不需交流电力即可运转)的「炉心隔离冷却系统」,维持炉心水位,并将热导入围阻体。约8小时后,直流电耗尽,控制阀无法动作,「炉心隔离冷却系统」丧失功能。在无法补水的状况下,炉心水位降低,造成燃料顶端不再被水覆盖,此时称为炉心裸露。

炉心裸露后,燃料棒护套温度大幅上升,锆合金材质的护套迅速被水蒸气氧化,产生大量氢气,燃料棒内挥发性较高的分裂产物(碘、铯与惰性气体)自破裂的燃料棒释出,进入围阻体;但围阻体持续接受衰变热,温度与压力持续上升,达到设定值时,运转员依「严重事故处理导则」进行围阻体排放措施,透过间歇式的排放洩压,避免围阻体因过压而完全丧失功能。围阻体排放造成氢气与放射性质进入反应器厂房,氢气与氧气接触后产生氢爆。

表格1:日本福岛第一核电厂核子事故发生时序表 (1-4号机)。(表格出处:《核能简讯》No.129 (April 2011), p. 2)日本福岛核事故 (Fukushima Daiichi nuc

用过核燃料 (spent fuel)
反应器厂房的右上角,设有一座用过燃料贮存池,池内存放着大量的用过核燃料。通常核燃料上方有20英呎深的水,水可做为辐射的屏蔽,也用于维持燃料的冷却,为移除用过核燃料产生的衰变热,贮存池有独立的热移除系统。热移除系统丧失功能时,池水的温度会逐渐升高,进而达到沸腾,池水会因蒸发而逐渐减少。如果未及时发现,造成用过核燃料的裸露,同样会造成燃料棒温度上升、燃料棒护套锆合金与水蒸气发生反应,产生大量的热与水蒸气。如果持续恶化,也会造成燃料的熔毁,但这需要非常长的时间。

事故之后,媒体流传照片显示,反应炉建筑物上半部于爆炸后消失,只剩下钢筋,但下半部仍然完好。这是有原因的。反应器厂房设计时,故意将上层结构减弱,若发生厂房内部爆炸,会造成厂房的上部解体,但不会伤到围阻体。另外,相片中反应器厂房在爆炸后有大量的白烟,应该是释出的水蒸气凝结后的水滴。反应器厂房上部解体,经由围阻体排气释入反应器厂房的少量辐射物质也会进入外界环境。

日本福岛核事故 (Fukushima Daiichi nuc

图2:地震海啸后福岛反应炉一连串失灵状况导致辐射外洩的图解。 (图片来源:作者改编自Der Spiegel 12/2011)

抢救措施
机组抢救最主要的措施是寻找水源,注入压力槽,使炉心的燃料被水覆盖,以降低燃料的温度,并设法将进入围阻体的热带出。日本最后採取的措施为将海水灌入压力槽(或围阻体),衰变热造成海水的蒸发,达到移除热的目的。只要燃料维持在低温,放射性物质也不会再自燃料中释出。但是注入海水这动作,会使得反应炉管路被海水中的盐分与杂质汙染,这几乎是无法进行清洁的工作,因此注入海水等于是宣告反应炉即将遭受除役的命运。

善后长期计画
在4月17日,东电正式提出计画,这计画包括以下几点:(1)在六至九个月内,进入冷停机状态。(2)在三个月内恢复反应炉和用过燃料池的稳定冷却。(3)最早在九月份会安装特别遮盖物将1、3、4号机整个覆盖,以抑止辐射物质外释。(4)建筑更多储存槽来储存在涡轮机房地下室和坑道的辐射汙水。(5)使用无线电控制的机器来清理整个厂区[176]。(6)使用粉砂堤墙来降低对于大海的汙染。

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图3:东京电力公司计画盖覆盖物将1、3、4号机整个覆盖,以抑止辐射物质外释。此为覆盖物的电脑模拟设计。 (图片来源

参考资料:
1. 李敏:日本福岛核电厂事故说明与评析。《核能简讯》No.129 (April 2011), p. 7-12。
2. 福岛事故报导。《核能简讯》No.129 (April 2011), p. 1-6。
3. 中文维基百科:福岛核事故 (http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A6%8F%E5%B3%B6%E6%A0%B8%E4%BA%8B%E6%95%85)。
4. “Der Stromausfall ” Der Spiegel 12/2011 (March 21,2011). p. 88-112。 (德国明镜週刊)