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p***e
发帖数: 402 | 1 简单谈一下这次福岛核电站事故
来源： 周琦的日志
自从地震发生以来，关于福岛核电站事故的新闻就绵延不绝，虽然今天一天我都在西四
挑吉他，没看央视凤凰等电视台
的“砖家解读”，不过由于此事与自己的专业（反应堆物理与临界安全）息息相关，根
据自己的专业知识和了解到的事故
后果，简单地谈一下这次事故，权当给诸位讲解讲解，当然手头掌握的东西也不比大家
的多多少，权当说明分析，希望
能帮助大家更好地理解此事。
A.核电站的爆炸事件
看很多门户头条都报道说核电站发生了爆炸，解释一下这个爆炸，并不是核爆炸，而是
反应堆内的氢气在高温下自燃而
产生。为什么系统中有氢气？这是因为在高温情况下，各种结构材料例如不锈钢中的金
属会与水发生反应而释放大量的
氢气，所以发生氢气爆炸是难免的。
（At 20:30 local time Japan Sat 3/12/11 Chief Cabinet Secretary Edano
announced at the press conference
as follows:
1. Hydrogen explosion occurred at 15:36 between containment and reactor
building of Fukushima Daiichi
unit 1. Walls of reactor building were blown out or damaged.
发生爆炸在安全壳和反应堆建筑之间，有可能不是安全壳向外排放的氢气在外面爆炸，
而不是发生在安全壳内部，这样
来说安全壳被损坏的概率也小了很多。）
参考：王冠博 福岛核电站事故序列（不断更新）
从地震到发生氢气爆炸的详细序列
参考：据向晗提供，氢气是冷却用…代替空气…因为比重小和各种其他原因，所以系统
内存在氢气
而核爆炸，远比氢气爆炸强度大得多得多，引发的后果也不止是安全壳破损的问题，一
个燃料组件里有半吨左右的铀，
按照普通燃料3%的富集度，也就是15kg的U235，一个堆芯中一般装载了100个组件，也
就是一吨多的U235，如果发
生核爆炸，其威力将不亚于原子弹爆炸。
B.那么，会不会发生核临界安全事故，乃至核爆炸？
既然核爆炸如此危险，那这种情况下会否发生？我想发生核爆炸的概率很低，因为：在
核电站运行过程中，对核临界安
全的保障是十分得力的，何为核临界安全？就是确保易裂变材料不发生核爆炸从而采取
多重策略措施的学科，也是本人
就职以来一直从事的。我们都知道，核能来自于中子引发的裂变反应，核爆炸是因为这
种裂变反应不受控制地无限进
行，而核电站发电则是通过某些控制手段让裂变反应可控进行。所以中子在裂变反应中
起着至关重要的作用，也就是
说，如果我们在裂变材料中添加能强烈吸收中子的物质，与裂变反应竞争中子，就能限
制住裂变反应，让其不能不受控
制地发生，这也是核电站让裂变反应可控的原因，具体的原理大家有兴趣的话可以找任
何一本反应堆物理的相关书籍阅
读，这里就不展开讲了。回到前面，如果核电厂发现，自己有可能无法控制反应堆的裂
变反应，那么他们就可以向反应
堆中插入能强烈吸收中子的物质，譬如说控制棒和安全棒，它们的成分可以是Cd，Ag，
In，B4C等等，总之，它们的存
在让反应堆中的U235无法得到足够的中子而不能继续发生核裂变反应，从而确保不发生
核爆炸。还要说的是，这些中子
吸收体的介入，是与核电站自身连锁发生的，不会受人为控制，换句话说，只要反应堆
出现异常情况，这些物质将连锁
地快速作用，除非发生卡棒等情况。不过由于事故已经发生了这么长的时间，如果有卡
棒情况无法控制反应堆，瞬间就
会发生超临界事故，后果就不止目前报道的严重程度了。所以我认为，绝对不会发生类
似于原子弹的核爆炸，甚至连瞬
发超临界事故发生的概率也十分小。
C.那么，堆芯融化是什么情况，什么原因造成的？有什么后果？
根据事情发生的结果，听雪叔的介绍，可能是这样的，在地震发生之后，核电站厂区的
厂用电系统出现故障，导致许多
核电站设施失去电力。其中，最关键的部件冷却剂泵（也称为主泵）也断电失效了，它
之所以关键的原因在于：核电站
的堆芯是热量产生的部位，对比与火电站烧煤的大炉子，堆芯里的U235发生可控裂变反
应后产生了大量的热能，需要通
过冷却剂——也就是水带走的，所以冷却剂需要非常大的流量和流速，才能及时带走堆
芯产生的热量，而冷却剂的驱动
力，来自于冷却剂泵的不断推动，如果冷却剂泵断电失效，冷却剂就不会流动，堆芯产
生的热量就无法带走，堆芯将不
断升温直到超过堆芯各材料的熔点而造成堆芯融化。实际上核电站为了防止此类事故的
发生，是有备用手段的，那就是
备用的柴油发动机，在冷却剂泵失效后直接代替其驱动冷却剂将产生的热量带走，从而
防止堆芯融化，悲剧的是，在这
次事故里备用的柴油发动机不知为何没有实现它力挽狂澜的功能，于是冷却剂停止流动
，堆芯发生融化，反应堆内的热
量迟迟不能被带走从而引发储存的氢气爆炸，等等。
D.为什么会发生放射性泄漏？泄漏的量有多少？会对外界环境造成多大的影响？
我想很多人特别是非专业的很关心这个问题。对于放射性的控制，一般来说有三道防御
：第一道是燃料元件（燃料的最
基本单元，若干根元件组成组件，若干个组件组成全堆芯）表面的包壳，一般采用的材
料是Zr-4合金，它具有防腐蚀，
耐高温等优良特性，有它包裹在燃料二氧化铀的外面，能够保证放射性物质不泄漏；第
二道是冷却剂回路，前面讲了，
冷却剂是用来带走堆芯产生的热量，因此冷却剂与堆芯直接接触，但冷却剂不与燃料二
氧化铀接触，而是与燃料的包壳
接触，但是一个堆芯以秦山二期Unit3为例一般有121*17*17=34969三万多根元件，不可
能所有的元件包壳都完整，
当有某个破裂的话，放射性物质就将泄漏到冷却剂中，很多媒体同志们常常把此成为核
泄漏，例如前段时间大亚湾核电
站的冷却剂放射性超标事件，经过香港媒体披露后引起了非常大的恐慌，其实事情没想
象的那么严重，因为中国的所有
核电站都是压水堆，冷却剂是在固定的管道中流动的（我们称之为一回路，也成为压力
容器），它们是与外界隔绝的，
就算某个元件包壳破损，反射性也不会泄漏到外界环境，所以我们把这种装载冷却剂的
固定的管道成为第二道防御，它
能堵住放射性的进一步泄漏；第三道防御就是核电站最外头的安全壳了，它由混凝土和
内衬钢壳构成，就像个大帽子一
样罩住整个反应堆，也就是说，就算第二道防御失效了，冷却剂管道破裂了，放射性也
不会直接被释放到外界环境。
不过日本的福岛核电站和中国的压水堆核电站不一样，它属于沸水堆。
参考，徐杰超 补充，”为什么不用压水堆呢？因为压水堆设计于1980年以后，而福岛1
机组初建于1970年，当时已经是
世界上最先进的了，较慢中子石墨堆而言“
它的冷却剂是与发电的汽轮机相通的，冷却剂直接推动汽轮机发电；而压水堆冷却剂先
是通过蒸气发生器这个部件将产
生的热传导到另一个回路（二回路），再让这个回路里的工质去推动汽轮机发电的。也
就是说，如果冷却剂里的剂量超
标了，沸水堆的汽轮机部分就会有放射性污染，但是压水堆则不然，因为汽轮机额不是
由冷却剂推动的。那有人就问
了，为什么日本不采用更为安全的压水堆呢？这是因为沸水堆不需要蒸气发生器，这个
部件故障率高，造价昂贵，而且
又是联系一二回路必不可少的部件，如果省去的话可以大大增加经济性降低发电成本。
而通常冷却剂的剂量是很小的，
除非发生元件包壳破裂的事故。可现在事情就这样发生了，前面说了冷却剂没有驱动力
后无法带走热量导致的堆芯融
化，正好破坏了元件的包壳，使得大量的放射性泄漏的冷却剂中，而冷却剂又是与汽轮
机直接相通的，首先汽轮机的位
置将有大量的放射性污染，也就是说，此次事故，屏蔽放射性的第一道防御已经丧失了
。其次，第二道防御冷却剂管道
是否破损目前不得而知，那么有破口的可能性，根据媒体的报道和日本官方消息，安全
壳内压曾经达到过最大限制的1.5
倍，并且安全壳已经通过阀门排放一定气体而卸压，这些气体很有可能来自冷却剂的蒸
发和裂变气体的释放。如果是这
样的话，将会有大量的放射性泄漏。最后，第三道防御，也就是安全壳，虽然从新闻报
道的照片来看，锅盖一样的建筑
已经完全坍塌了，但日本官方发言是安全壳的完整性得到了保障，我个人认为，安全壳
应该不容易破坏，否则将导致大
量的放射性抛射到外界环境，此类事件已经是接近上世纪前苏联发生的切尔诺贝利事件
了，日本官方无法担当这种责
任。
如果安全壳保持完整，那会不会有放射性的泄漏？会，这是因为堆芯融化后产生的高温
条件会大量蒸发冷却剂水产生大
量的蒸汽，堆芯融化后包壳也无法限制各种裂变气体的释放，所以会产生安全壳内压力
过大的现象，为了保证安全壳的
完整性，也就是最后一道防线，只能通过向外界释放一定的气体，卸除过大的压力，也
就是说这是一种弃车保帅的做
法，也就意味着，放射性已经有了一定程度的泄漏，所以日本官方撤离了附近20KM半径
的几万名居民。至于剂量，具
体的检测数据是1015 μSv/h，这是什么概念呢，就是你如果在检测位置处被照射一百
个小时以内，都不会发生任何结
果，也可以说，你在这照一个小时，相当于你去照10次X光，或者是你一年的时间内被
天然的辐射照射的剂量。从数据
上来说是不大的。但愿如此。
E.事故发生后的处置情况及后果
日方在发生事故后的做法是用海水代替冷却剂冷却堆芯，同时不断地卸压保证安全壳的
完整性，从剂量监测结果来看事
故已经得到了控制。而其余的核电站都及时关闭了反应堆，未报道有其余的事故发生，
日方处理的还是比较有效的。但
是这座核电站应该会退出历史舞台了。如果按照日方公布的剂量监测数据，大家去日本
就放射性危害来说，是可以放心
的，而且距离事故越远，剂量就越小（与球体表面积相关，就是4*pi*R2了），就算数
值有较大出路，只要不是事故发
生地周边的地区，受到放射性危害的概率也是很小的。
总结一下，这次事件主要由于地震引起的厂用电系统故障，备用柴油发动机未能带动主
泵继续驱动冷却剂，致使堆芯释
热不能被及时带走而产生融化，最后引起的燃料元件破损，放射性物质释放到冷却剂管
道甚至是安全壳内的严重事故，
不过万幸的是最后一道防御安全壳保持了完整，依靠外界海水的冷却等其他措施，还算
是及时地控制了放射性物质的进
一步泄漏。不过放射性仍然会继续泄漏，虽然它的剂量对于人类来说可以接受，但是对
于自然界的破坏是无法弥补的。
最后，欢迎拍砖，提问，或者私下交流，站内信联系，希望会对大家认识此次事故，认
识核电站安全，认识放射性泄露
等问题有一定的帮助
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感谢陈龑骢同学的提醒：氢气的来源问题我已经修改，应该是我记错了，不过我曾经有
这样的概念，更正一下
感谢王勇的提醒：备用柴油机失效原因可能是被海水淹没了 | O******e
发帖数: 1623 | 2 非常谢谢lz的帖子。
其实从一知道日本的核电站泄露开始，我就常到这个版上来潜水。自己也查了些资料，
但因为自己的专业是经济，对这个一窍不通，很多文献看半天都只一知半解，隔靴搔痒。
但因为我快做妈妈了，也生活在西岸，所以对于这次日本的事故很放心不下，而且对当
地核电站的最新的情况各个电台的报道内容还不一样，也不知道信哪个。但看看外面消
息满天飞，那张图也是看得心惊胆战的，虽然明知可信性不高，但也知道过于乐观总是
死得很快，所以想做些准备。
如果类似的文章能多点就好了，起码有很强的专业背景，文字看起来也不会很累。
突然想如果娃能健康平安的降生，倒是很愿意培养她做个物理学家，在发生这种灾难的
时候，可以理智科学的分析情况，告诉不安的民众以真相。 |
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