其工作原理是核燃料棒在反应堆堆芯发生 可控 的链式反应,产生大量

其工作原理是核燃料棒在反应堆堆芯发生 可控 的链式反应,产生大量 其工作原理是核燃料棒在反应堆堆芯发生 可控 的链式反应产生大量热量 这些热量传递给反 日本福岛核事故已进入第6天此次核泄漏危机在过去的5天里逐步升级至今仍未得到有效控制。欧洲能源专员冈瑟?厄廷格将这次由地震、海啸引发的核灾难形容为现代启示录。在对过去5天发生的事情进行梳理时我们发现日本当局在此次事故中应对失当、表现乏力其中教训值得各国政府和核电行业吸取。 在分析这次核事故之前我们首先需要简单了解核电站的工作原理和核泄漏防护原理。日本福岛第一、第二核电站的所有10座核反应堆在1971-1988年间建成运行均属沸水型反应堆BoilingWaterReactorsBWR。其工作原理是核燃料棒在反应堆堆芯发生可控的链式反应产生大量热量这些热量传递给反应堆压力容器内的水这些水被加热后产生蒸汽直接推动蒸汽涡轮发电机产生电能。 这个回路里的水在反应堆运转后是沸腾的蒸汽通过涡轮发电机后需要进入一个冷凝器冷凝器引入海水进行冷却蒸汽冷却后重新变成液态水流回反应堆压力容器。 为什么停堆后冷却那么重要 在这次地震发生后日本福岛第一、第二核电站的反应堆都已自动停堆为什么还会出现如此严重的核泄漏这是因为在核电术语里停堆只是通过计算机控制向反应堆芯插入控制棒停止链式反应但是核燃料棒里的反射性元素自衰变仍然产生大量热量。这样就必须保持冷却水循环以保证核燃料棒不会因为温度过高而出现包裹金属熔解破损导致严重核泄漏。 沸水型反应堆运行过程示意图图中蓝色部分即为冷却水循环最左边的部分即为进行链式反应的炉心。点击可看大图 众所周知核燃料在发生链式反应时会产生大量对人体有害的放射性物质如碘131、铯137。为了避免这些放射性物质泄漏核电站设置了多层防护。 第一层防护:核燃料棒外壳 福岛核电站有三层防护第一层就是核燃料棒的外壳--锆合金这层锆合金包裹可以避免核燃料棒里的放射性物质与冷却水接触可以承受1200度的高温。很多根核燃料棒、控制棒用途是吸收中子控制链式反应的程度及相关机构就组成了反应堆堆芯装置。 第二层防护:反应堆压力容器 第二层防护是反应堆压力容器反应堆堆芯就是放置在这个压力容器里。反应堆工作时会产生巨大的蒸汽压力所以反应堆压力容器由高强度合金钢制成。其防护作用是在核燃料棒的锆合金外壳出现破损的时候保证放射性物质不会大规模泄漏。 第三层防护:混凝土安全壳 第三层防护是混凝土安全壳福岛核电站的安全壳由约1米厚的预应力钢筋混凝土和约6毫米厚的内衬钢板组成。它的主要作用是在反应堆压力容器爆炸或破损后大量放射性物质、放射性废水不会泄漏到外界去。值得一提的是前苏联切尔诺贝利核电站的反应堆是没有安全壳的反应堆爆炸轻易将并不坚固的厂房炸开导致大量反射性尘埃直接进入外界大气。 其它需要认识的附属结构 1、压力抑制水池它与混凝土安全壳连通用于控制混凝土安全壳内的内部压力和装盛冷却水。2、混凝土安全壳的钢制顶盖在更换核燃料棒时需要打开。3、乏燃料棒使用过的核燃料棒冷却水池乏燃料棒在刚从反应堆取出时仍具有非常高的温度需要放在水池里冷却再运出核电站。4、操作厂房位于核电站厂房的最高一层装有吊车等设备装卸核燃料棒等操作在此进行。 核燃料棒的外壳--锆合金。锆合金能够避免核燃料棒与冷却水直接接触能承受1200度的高温。 切尔诺贝利核电站的反应堆没有混凝土安全壳反应堆爆炸后轻易将并不坚固的厂房炸开导致大量反射性尘埃直接进入外界大气。 附:福岛第一核电站反应堆结构图 3月11日 3月11日13时46分日本东部海底发生里氏9.0级特大地震。地震发生后福岛第一核电站的1、2、3号机组和第二核电站的全部4个机组均成功实现停堆事发时第一核电站另外的4、5、6号机组处于定期检修状态。在停堆后核 燃料棒仍然放出大量自衰变热量需要继续进行冷却直至实现冷温停止的稳定状态所以在停堆后核电站的应急柴油发电机启动以维持冷却水循环。但不幸的是在一个小时后海啸带来的洪水淹没了柴油发电机导致水泵缺乏电力供应第一核电站的1、2号机组和第二核电站的1、2、4号机组丧失冷却功能。 这一故障导致反应堆压力容器内水温、压力上升混凝土安全壳内蒸汽压力上升。晚上19时许日本首相菅直人发布核能紧急事态宣言疏散福岛第一核电站为中心半径3公里之内的居民同时要求3公里至10公里的居民不要外出。 3月12日 福岛第一核电站1号机组从凌晨起释放蒸汽避免安全壳因压力过大损坏。这一措施导致了微量核泄漏上午10时测得的福岛第一核电站正门核辐射浓度是7时40分的73倍。菅直人下令12日凌晨5点44分起建议居民疏散范围从第一核电站半径3公里以内扩大至10公里。 由于温度过高1号机组反应堆压力容器内的冷却水蒸发速度加快出现水位下降情况核燃料棒上部部段露出水面处于干烧状态。下午13时许1号机组附近探测到放射性元素铯137这表明核燃料棒的锆合金外壳已开始熔毁堆芯熔化险情首次出现。16时许1号机组厂房发生氢气爆炸这是锆合金在高温下与水发生反应产生的氢气这些氢气泄漏至最上层的操作厂房发生爆炸整个操作厂房的外壁、顶部被炸飞。在爆炸发生后核电站厂区内辐射剂量一度升至1.015毫西弗/小时到18时才下降至0.0705毫西弗/小时。幸运的是这次爆炸并未损坏混凝土安全壳。晚上22时许抢修当局开始向1号反应堆注入海水实施冷却。 3月13日 13日凌晨5时许第一核电站3号机组丧失冷却功能随后抢修当局进行灌注冷却水 毫西弗/小时。但由于未知原因和释放蒸汽作业核电站厂区辐射剂量一度升至1.2042 3号机组后来处于无法注水的状态在反应堆压力容器内水位下降后也出现核燃料棒干烧、锆合金外壳破损的情况。 13日下午抢修当局开始向3号机组注入海水并继续释放安全壳内的蒸汽。下午14时许第一核电站厂区出现1.5575毫西弗/小时的辐射剂量之后有所下降。 3月14日 14日上午11时许第一核电站3号机组也发生氢气爆炸上层操作厂房外壁出现破洞爆炸导致了11人受伤。反应堆压力容器、混凝土安全壳没有受损。 下午16时许福岛第一核电站2号机组发生紧急事态反应堆压力容器内的水位急速下降。据称出现这个情况的原因是注入海水的水泵因燃料耗尽停止工作。这一疏忽一度导致全长约4米的核燃料棒全部露出水面处于严重的干烧状态核燃料棒锆合金外壳发生烧熔破损。 3月15日 15日6时10分第一核电站2号机组发生爆炸压力抑制池出现破损。由于压力抑制池与混凝土安全壳是连通的所以此次爆炸导致了安全壳内部放射性气体大量泄漏。8时31分第一核电站正门测得的辐射剂量为8.217毫西弗/小时为普通人每年可被辐射剂量上限的8倍10时22分3号机组附近测得400毫西弗/小时的辐射剂量人在附近停留2小时即会出现呕吐等辐射病症状这已经是非常严重的核泄漏。 另外在上午9时40分第一核电站4号机组发生了氢气爆炸并起火上层操作厂房出现两个边长8米的四方形的空洞。发生氢气爆炸的原因是乏燃料棒冷却水池由于缺乏冷却高温导致乏燃料棒的锆合金外壳与水作用产生氢气。这一情况是非常危险的因为乏燃料棒冷却水池缺乏坚固屏蔽一旦乏燃料棒的锆合金外壳损毁大量放射性物质将直接进入外界大气。15日下午日本政府将第一核电站疏散隐蔽半径扩大至30公里。晚上抢修当局曾试图向4号机组厂房的乏燃料棒冷却池注水但未能成功。 3月16日 16日7时许第一核电站4号机组厂房再次发生火灾火焰从15日爆炸形成的破洞喷出。9时许东京电力公司表示4号机组厂房冷却池里存放的乏燃料棒可能再次达到临界研究用直升机向其撒放硼酸。10时许第一核电站附近升起白烟因为现场辐射 剂量太高抢修人员未能靠近查明情况。11时许日本首先菅直人表示3号机组的混凝土安全壳可能已经破损。东京电力公司则表示可能是因为3号机组的乏燃料棒冷却池过热产生蒸汽。 下午日本自卫队直升机曾试图向3号机组厂房喷洒冷却水但因为辐射剂量过高放弃。日本文部科学省则宣布在距离第一核电站21公里处测得的辐射剂量为0.33毫西弗/小时为正常值的6600倍这是在人员疏散半径外测得的最高值。 3月17日 17日上午9时许日本自卫队两架CH-47大型直升机在第一核电站3号机组厂房上空实施注水冷却作业。但注水作业后核电站厂区的辐射剂量没有变化约为3.7毫西弗。 3月12日福岛第一核电站。日本发生8.9级地震后福岛第一核电站反应堆自动停止运转但应急柴油发电机却因被洪水淹没停止了运转。 3月12日福岛核电站1号机组厂房发生氢气爆炸造成厂房外墙和屋顶在爆炸中坍塌不过幸运的是这次爆炸并未损坏混凝土安全壳。 3月14日福岛第一核电站3号机组11时01分发生氢气爆炸反应堆所在建筑遭到损坏但放置反应堆的压力容器和混凝土安全壳没有损坏。 3月15日福岛第一核电站2号机组发生爆炸此次爆炸使安全壳受损并导致放射性气体大量泄漏。 3 个机组都受损严重。日本方面开始出动直升机月17日的福岛核电站卫星图图中可见4 直升机、核电站注水降温。点击可看大图 福岛第一核电站事故进度表注:表中所提及的图A、图B、图C为对应的泄漏事故示意图对应图片列在进度表下方 1号机组3号机组2号机组4号机组 11日丧失冷却功能丧失冷却功能 12日00-12时部分堆芯熔化图A 12日12-24时氢气爆炸、操作厂房破损图B 13日00-12时丧失冷却功能 13日12-24时部分堆芯熔化图A 14日00-12时氢气爆炸、操作厂房破损图B 14日12-24时部分堆芯熔化图A乏燃料棒冷却水池失去冷却。 15日爆炸安全壳破损图C氢气爆炸操作厂房破损 16日00-12时安全壳破损可能图C操作厂房发生火灾 附:图解福岛第一核电站泄漏事故 从前面整理的福岛核事故发展进程我们可以发现福岛第一核电站在震后的5天时间里是依次出现险情、并逐步扩大的这说明日本当局的抢修工作存在明显漏洞。 1、对核事故估计不足 福岛第一、二核电站是世界最大的核电站共有10台发电机组其中第一核电站的第1至4号机组在1971年-1978年间投入运行均已达到或接近服役寿命。在这次事件中可以看到第一核电站的第1至4号机组出现了严重事故但第二核电站的机组均处于可控状态对比鲜明。 在第一核电站的1号机组发生故障后日本当局采取灌注海水等措施后12日当天即将事故控制住。但3号、2号机组却在之后的13日和14日相继出现与1号机组同样的事态发展。这可以说明日本当局在最初2天对事故估计不足没有迅速对3号机组采取灌注海水等有效措施导致16日的核泄漏扩大。 2、出现危险低级失误 在14日下午2号机组反应堆压力容器内出现水位下降核燃料棒全部露出水面的情况。导致危险状况的原因竟是灌注海水的水泵燃料耗尽。这种低级失误其实只要调配有专人负责观察水泵等器材的工作状态即可及时发现。 3、未能进行全局统筹 在15日出现了最令人匪夷所思的情况4号机组厂房内用于存放乏燃料棒的冷却池沸腾存放的乏燃料棒有可能重新达到临界。乏燃料棒是指使用过的核燃料棒乏燃料棒在刚从反应堆取出时仍具有非常高的温度需要放在水池里冷却再运出核电站4号机组在震前正好处诩煨拮刺 写嬗懈招冻龅姆θ剂习簟,饪晌剿阑腋慈汲鱿终庵智榭鏊得魅毡厩佬薜本种唤 ?饬 性诜从Χ押雎了其它需要保持冷却的设施。 4、统一指挥建立迟缓 11日晚发生核紧急状态到13日已有1号、3号两个机组相继出现严重事故。但日本方面直至15日才成立福岛核电站事故对策统合总部日本首先菅直人任总部长而在此前根本不清楚谁是问责官员或第一协调 联络人。 在15日日本首先菅直人曾严厉批评东京电力公司不能从核电站撤出职员如果撤离东电100将破产你们要有心理准备。而日本自卫队方面也有官员指责东京电力公司和核保安院称东电向他们保证安全但氢气爆炸却导致多人受伤。并且在核电站进行抢修工作的自卫队员却不懂海水灌注的程序。 5、透明度仍有待提高 国际原子能机构IAEA总干事天野之弥日籍在16日上午的记者会上就与日本政府有关福岛第一核电站事故的通报机制表示无论信息的质与量都有改善的空间。IAEA各成员国的批评也集中在日方信息不足及公布迟缓上。天野反复强调核电站的情况相当严重为直接获取事故的一手信息他本人最快将于17日前往日本。 另外此次核事故的定级也存在问题在3月13日日本政府曾将此次核事故定为4级但此后并未作出修正。但有些核专家认为日本当局试图轻描淡写福岛事件的严重性。法国核安全局ASN局长拉科斯特15日表示福岛第一核电站事故相当于国际核能事件分级表INES第二位的6级水平。而美国科学与国际安全研究所ISIS主任、物理学家戴维?奥尔布赖特也认为此次核事故已接近6级甚至可能会上升至与前苏联切尔诺贝利核电站事故相同的7级。具 日福岛第一核电站爆炸现场这时1号和3号机组都已发生爆炸。体分级 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 见下表 14 3号机组发生爆炸与当局对事态估计不足有很大关系。点击可见大图 受损的福岛第一核电站3号左与4号反应堆。4号机组因乏燃料棒失去冷却也引发了爆炸。4号机组的事故本可在避免之列。 国际原子能机构IAEA总干事天野之弥称日本政府有关福岛第一核电站事故的通报机制有改善空间并表示将于17日前往日本。 国际核事故分 年。这个标准是由国际原子能机构级标准表 国际核事故分级标准INES制定与1990 IAEA起草并颁布旨在设定通用标准以及方便国际核事故交流通信。 级别说明准则实例 7特大事故大量核污染泄露到工厂以外造成巨大健康和环境影响。1986年前苏联切尔诺贝利核事故 6重大事故一部分核污染泄漏到工厂外需要立即采取措施来挽救各种损失。1957年前苏联基斯达姆核事故 5具有厂外风险的事故有限的核污染泄漏到工厂外需要采取一定措施来挽救损失。1979年美国三里岛核事故 4没有明显厂外风险的事故非常有限但明显高于正常标准的核物质被散发到工厂外或者反应堆严重受损或者工厂内部人员遭受严重辐射。1999年日本东海村核事故 3重大事件很小的内部事件外部放射剂量在允许的范围之内或者严重的内部核污染影响至少1个工作人员。 2事件这一级别对外部没有影响但是内部可能有核物质污染扩散或者直接过量辐射了员工或者操作严重违反安全规则。 1异常这一级别对外部没有任何影响仅为内部操作违反安全准则。 0偏离安全上无重要意义 法国核安全局ASN局长拉科斯特15日表示福岛第一核电站事故相当于国际核能事件分级表INES第二位的6级水平。 对于日本当局的表现欧洲能源专员冈瑟?厄廷格15日将此次福岛核电站事故形容为现代启示录他表示日本政府几乎失去了对福岛核电站的控制。 确实日本福岛核电站是世界上最大的核电站多达4台核电机组先后出现泄漏事故地震、海啸同时袭击这是前所未有的状况日本当局在应对时并没有先例可以依循。现代启示录是一个非常恰当的用词各国政府应该从这次核事故中吸取教训更好地保障各国的核电站安全。