核环境学基础

核环境学基础

学号：08021235

姓名：李昆

学院：核工程技术学院

专业：核工程与核技术

课程老师：田丽霞

以日本福岛核电为例，

浅谈核事故的应急监测方法和技术摘要

日本发生9级大地震福岛核电站发生爆炸，造成大量的辐射物泄露。这显然对我们周围的环境及我们的健康产生极大的威胁，因而对事故后的辐射监测是必不可少的。本文主要针对发生核事故后对周围环境及人员所受照剂量的大小进行检测，对辐射监测的对象、内容与方法作一叙述。

事故背景

当地时间2011年3月11日14时46分,日本发生里氏9级地震,震中位于宫城县以东的太平洋海域,震源深度20公里.地震引发的10米浪高大海啸随后横扫沿海地区.地震发生后,宫城县、福岛县的数所核电站自动关闭。虽然核裂变被终止，但核反应堆还需要数天的冷却才可以完全关闭。而随后而来的海啸损坏了福岛核电站冷却系统的紧急供电系统，导致反应堆冷却系统失效。当地时间3月12日下午15时36分左右，福岛第一核电站1号机组发生爆炸，4人受伤，反应堆燃料可能发生熔化，官方要求方圆10公里范围内的居民紧急疏散，晚些时候将范围扩大到20公里。当地时间3月14日上午11时左右3号机组发生爆炸。当地时间3月15日晨6时10分左右，2号机组发生爆炸。当地时间3月15日11时左右3号机组再次发生爆炸，4号机组起火，造成大量辐射物泄露。

日本福岛核电站概况

日本福岛基地有两个核电站，共10 台机组。第一核电站有6台机组，均为沸

水堆（BWR）。地震前，1、2、3 号机正常运行，4、5、6 号机正在大修或停堆检修。

机组堆型服役电功率核岛供应商

1号机 BWR-3 1970 460MW General Electric

2号机 BWR-4 1974 784MW General Electric

3号机 BWR-4 1976 784MW Toshiba

4号机 BWR-4 1978 784MW Hitachi

5号机 BWR-4 1978 784MW Toshiba

6号机 BWR-5 1979 1100MW General Electric

第二核电站有4 台机组，均为沸水堆（BWR），地震前均正常运行。

机组堆型服役电功率核岛供应商

1号机 BWR-5 1982 1100MW Toshiba

2号机 BWR-5 1984 1100MW Hitachi

3号机 BWR-5 1985 1100MW Toshiba

4号机 BWR-5 1987 1100MW Hitachi

沸水堆

沸水堆和压水堆都属于轻水堆，都是靠H2O做慢化剂和冷却剂。都是用低浓缩铀做燃料。目前全球400多台核电机组中，两百多压水堆，近一百台沸水堆。沸水堆系统：

（1）双层安全壳，内层（primary containment）是钢衬安全壳，外层（secondary containment）是混凝土安全壳。

（2）全厂断电时，压力容器内高压蒸汽通过主蒸汽管线的安全阀（safetyvalve）释放到安全壳内的抑压水池（suppression pool）。

（3）全厂断电时，非能动隔离冷凝系统（isolation condenser）可以排除部分衰变热，但按设计能力不足以冷却堆芯。

和压水堆相比，沸水堆特点：

1、控制棒从堆芯下方插入

由于堆芯上方有汽水分离器，而且上部是蒸汽为主，中子慢化不充分。但问题是不能像压水堆那样失电后靠重力落棒，未能停堆的预期瞬态事故概率增加，对控制棒驱动机构的可靠性要求更高。控制棒在正常运行时是电驱动或机械驱动，失电时由备用液压把控制棒顶上去。每组控制棒，或者每两组控制棒有单独的液压驱动装置。

2、沸水堆的反应性不用硼做化学补偿

压水堆一回路中是硼酸溶液，但沸水堆流过堆芯的是清水。由于平时是清水，所以一旦注入硼水，会对反应堆将来的运行带来很大的影响，说严重点，注入硼水，反应堆基本也就不能再用了。但是注入硼水的好处是在冷却的同时，保证较高的停堆裕度。

其实一般沸水堆核电站，都是有硼水储备的。当事故发生后，操作员有两个选择：一是注入清水，万一侥幸逃过一劫以后还能再用，这个比较保守。二是注

入硼酸，反应堆可能以后就不能再用了，但是能够比清水更好的降温，还能保证停堆裕度。

3、沸水堆正常工作于沸腾状态

沸水堆当然是沸腾态，沸水堆的事故工况与正常工况有类似之外，而压水堆则正常工作于过冷状态，失水事故时发生沸腾，与正常工况差别较大。

4、卸压方式和压水堆不同

压水堆也有堆芯超压的问题。但是对二代压水堆来说，一回路超压，可以通过稳压器顶的先导式安全阀引入卸压箱。卸压箱虽然体积不大水量不多但还在安全壳内。对AP1000来说，一回路超压后通过稳压器顶的弹簧加载式安全阀和爆破膜通入安全壳内大气，第四级ADS爆破阀也是通向壳内大气。而如果前三级ADS动作，是通向内置换料水箱。总之，不管二代还是AP1000，卸压后，放射性还是被包容在安全壳内。而沸水堆则不同。它有一个容积约4000m³的水箱，相当于AP1000内置换料水箱的两个大。但是这个驰压水箱不在压力边界内，卸压时，蒸汽直接通过压力容器和干井这两道屏障。对半衰期长的污染物来说，几乎相当于直接排放到大气中。

5、沸水堆经济性高

沸水堆省去了稳压器和蒸汽发生器，节约了投资。同时由于蒸汽压力能够比压水堆高，所以热效率也更高。

6、汽机厂房辐射较大

且不说裂变产物，光活化产物N16就够人受的。所以压水堆运行时进安全壳等于他杀，沸水堆运行时进汽轮机厂房等于自杀。

事故发生和恶化的过程

1、2011年3月11日下午，地震发生，控制棒上插，反应堆安全停堆。堆芯热功率在几分钟内由正常的1400兆瓦下降到只剩余热，但仍有约4%，虽然仍在下降，但下降速度变慢。

2、停堆后应保证厂用电源不失，由安注系统向堆芯补水，保证堆芯冷却防止超压，但地震摧毁了电网，厂外电源不可用；应急柴油机很争气的起来了，向堆芯内注入清水。操作员采用了比较保守的方法。

3、好景不长，海啸来了，柴油机房被淹，应急柴油机不可用。还好，还有蓄电