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发表于 2011-3-15 09:12
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然后,核心被放入“压力容器”中,也就是我们之前提到的蒸汽压力锅的比喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大锅,设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心降温措施恢复前,压力容器起到一定的保护作用。3 x, ^1 e: ^# [ n I
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一个核反应堆的所有的这些“硬件”——压力容器,各种管道,泵,冷却水,被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的,用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩的设计,建造和测试只是为了一个目的:当核心完全熔融时,将其包裹在其中。为了实现这个目的,在压力容器(第二层护罩)的下方,铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗,这一切都在第三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核心熔融,压力容器爆裂(并且也最终融化的话),这个大碗就可以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料能够向四周铺开,从而实现散热。
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在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将各种风吹雨打挡住的外壳(这也是在爆炸中被毁坏的部分,我们稍后再说)。9 B; }$ B2 i5 W4 Q3 ]
) Y4 J. S- M6 F& z 福岛第一核电站1号机确实是通用电气的Mark I型沸水堆。新闻里露出钢筋的部分是最外部的厂房,里面的安全壳应该没事。
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0 \# A$ q3 H4 ~8 Z" k6 }2 d 核反应的一些基本原理4 j2 l4 R3 |8 v F! r: F1 ~6 F3 S4 ^5 g
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铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子,这样就产生热量及中子(构成原子的一种粒子)。当中子撞击另外一个铀原子时,就触发分裂,产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。 而现在的情况是,当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热,然后在45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是,在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困难的(不信你们可以去问问伊朗)。当年切尔诺贝利的情况是,爆炸是由于大量的压力积攒,氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩,接着将大量的融化的核心挥洒到了外界(就像一颗 “脏弹”)。这样的情况为什么在日本没有发生,及为什么不会发生,请继续看下面。4 n+ } a7 D0 b# B$ G+ H y7 E
, F2 `1 S4 E- C# l, e 为了控制链式反应的发生,反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子,从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的:当一切正常运转时,所有的控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量(并转化为蒸汽和电力),并且在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。# b' D7 m9 l# ~& m' P0 F7 U$ k
- Q7 e, [" V" E. [8 u" U 而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后,核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止,但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品,比如铯和碘同位素,这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子,然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中,也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生(在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了),所以它们的数量会越来越少,然后在衰变结束的过程中,大约几天时间内,核心就会最终冷却下来。' _ J+ P7 T: Q1 j# @, S: N
% J; O) {8 l! g& ~ 目前让人头痛的就是这些余热。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。
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: a, { P& \4 J9 o6 @/ s: b) I a 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。3 D q& [9 y) Y; _$ o( n1 g! c
9 X0 m: g8 i; F) l7 K 但是此时最重要的任务是在核心持续升温时控制住,并且确保第一层护罩(燃料棒的锆锡合金外壳),及第二层护罩(压力容器)能够保持完整并尽可能多工作一段时间,从而让工程师们能够有足够的时间修好冷却系统。8 S: R3 r; x% ]3 u+ O; n/ H, c. @
w. P( q+ P o0 A; X 既然让核心冷却是那么重要的事情,因此反应堆内实际上有多个冷却系统(反应堆给水清洁系统,衰变降温系统,反应堆核心隔离冷却系统,备用水冷系统,及紧急核心冷却系统)。而究竟哪一个失效了或是没有失效在此时无法得知。 |
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