日本福岛核电站爆炸解析

日本福岛核电站爆炸解析

一、核反应原理及氢爆原理解析

美国麻省理工学院科技政策与产业发展中心的Josef OehmenJosef Oehmen博士以相对通俗的话语解释了机组的爆炸和反应堆的安全问题：

福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆”（Boiling Water Reactors），缩写BWR。沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅类似。核燃料对水进行加热，水沸腾后汽化，然后蒸汽驱动汽轮机产生电流，蒸汽冷却后再次回复液态，再把这些水送回核燃料处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是250摄氏度。

核燃料是氧化铀。氧化铀是一种熔点在3000摄氏度的陶瓷体。

燃料被制作成小圆柱（想像一下就像乐高积木尺寸的小圆柱）。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金（熔点2200摄氏度）制成的长桶密封起来，这就是一个燃料棒。然后这些燃料棒被组合为一个更大的单元，放入反应堆内。所有这些，就是一个核反应堆核芯的内容。

四层保护：

第一层护罩（损坏）

燃料棒的锆锡合金外壳，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。只要堆芯发生熔毁，这部分护罩就会损坏。

此次爆炸与该电站1号机组发生的爆炸“类似”，都是从反应堆燃料罐中释放的氢气，与空气中氧气发生化学反应的结果。“大量海水注入，后发现燃料棒高出冷却水位1.8米，高出冷却水位的燃料棒在1000摄氏度左右的高温下，包在燃料棒外面的放射性物质锆会发生氧化，然后在和水接触之后产生大量氢气。这些氢气的积蓄正是爆炸的原因之一。

第二层护罩（压力容器，安全）

堆芯被放入“压力容器”中，压力容器是第二层护罩。在核心降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。

第三层护罩（混凝土+钢，安全）

一个核反应堆的所有这些“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：当核心完全熔化时，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。如果核心熔化，压力容器爆裂（最终熔化的话），这个大碗就可以装下熔化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让熔化的燃料能够向四周铺开，从而实现散热。

最外层护罩（反应堆厂房，损毁）

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。

二、什么是熔解？

如果堆心过热，燃料棒可能爆裂并释放辐射性气体。在最糟糕的情况下，燃料块本身可能熔化，落到反应堆的底部，而炽热的辐射物质有可能蚀穿防护屏障，最终接触外界。在部分熔解的情况下，核燃料或反应堆只有部分熔化，从而降低了突破密封装置的可能性。

三、日本核危机是什么出了问题？

日本核反应堆的设计是，一旦灾难破坏电网，反应堆将自动关闭。这次的事件中，该系统运行正常，停止了核反应。然而，虽然核电厂停止运行，核燃料仍保持着极高温度。本来应该用备用的柴油发电机

将水泵入反应堆冷却核燃料，但这套系统在震后的海啸中受损失灵。应急电池提供了部分电力，但不足以运转水泵。

水泵失灵会发生什么情况？

在没有电力推动水泵的情况下，核电厂运营商无法在反应堆内进行水循环以实现冷却。燃料棒开始将剩余的水加热、汽化，这样水面就会降低，核燃料至少会部分暴露出来。如此一来，温度就会危险地升高。

是什么引发了一号和三号反应堆爆炸？

具体细节不明，但随着燃料棒开始断裂，可能释放出气体与周围的蒸汽发生反应，生成氢气，并导致堆心压力上升，带来危险。为了防止更为严重的损害，核电站运营商决定排出积聚的气体和蒸汽，从而释放堆心的部分压力。逸出的氢气与空气中的氧发生反应，导致爆炸，毁坏了一号和三号反应堆附近的建筑。不清楚是否有其他系统受损，但相关官员说，反应堆堆心周围的主要密封装置完好，该装置是重要的安全屏障。

各反应堆现在情况如何？

核电站运营商试图向所有三个反应堆泵入海水以冷却燃料。这会造成不可逆的损害，但人们寄希望于此举可稳定核电站情况。但工作人员在泵入海水上也有困难，原因未明。

专家认为，一号和三号反应堆的燃料棒暴露时间过长，至少引起了部分熔解。但工作人员暂时恢复了冷却水的水位，温度似乎是在下降。二号反应堆最初的状况似乎好于其他两座反应堆。但周一水位下

降，燃料棒几乎完全暴露。相关官员目前认为二号反应堆是三座反应堆中最有可能遭遇进一步损毁的，但周二清早之前未发生爆炸。（译者注：东京时间周二早晨，二号反应堆发生爆炸）

周边地区有什么风险？

工作人员释放了积聚的气体以减轻反应堆内部的压力。这至少导致一部分放射性物质泄漏到大气中，但官员说，放射性物质的水平较低，不足以危及紧邻核电站周边的人。

最糟糕的情况是发生完全熔解，在这种情况下，放射性物质会蚀穿多层防护屏障，与外界接触。许多专家认为，只要工作人员能够将海水泵入反应堆，以及密封装置保持完好，这种情况就不太可能发生。