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1、福岛下一个切尔诺贝利 关于两者的对比福岛,下一个切尔诺贝利?关于两者的对比与分析2011年03月16日日本福岛第一核电站1、2、3、4号机组近日均发生故障，很多人担心福岛会成为下一个切尔诺贝利。其实仔细对比，会发现两者虽都为核电站，但是不管是反应堆形式，还是发生事故之前的状态有一定的差异。 一、反应堆结构。 1.福岛核电站沸水堆 沸水堆核电站沸水堆又叫轻水堆，沸水堆核电站工作流程是：冷却剂（水）从堆芯下部流进，在沿堆芯上升的过程中，从燃料棒那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，将分离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。 2.切尔诺贝利石墨沸水堆（RBMK100
2、0） RBMK-1000核电机组采用的是前苏联独特设计的大型石墨沸水反应堆，用石墨作慢化剂，石墨砌体直径12米，高7米，重约1700吨，沸腾轻水作冷却剂，轻水在压力管内穿过堆芯而被加热沸腾。堆芯石墨砌体中间孔道内可装1680根燃料管。反应堆是双环路冷却，每个环路与堆芯840根燃料管的平行垂直耐压管相连，堆芯入口处冷却剂温度为270 进入燃料管道，向上流动，被加热局部沸腾，汇流到一边两个的四个汽包中，汽包中的蒸气直接进入汽轮机厂房，两环路各对一台汽轮发电机组（一堆两机）各发额定功率一半的电功率（4号堆供汽给7号和8号汽轮发电机组）。切尔诺贝利核电站RBMK反应堆堆芯堆体结构，与苏式石墨生产堆的结
3、构极为类似从照片中可以看出反应堆厂房只不过是一个普通工厂的大车间，至多只是一个没有门窗的“密封厂房”而已，根本没有“安全壳”。同时反应堆是压力管式，由压力管承压，石墨砌体直径很大，所以也没有压力壳。 3.结构对比 （1）慢化剂 两者均为沸水堆，但是两者的慢化剂不一样，福岛采用的是轻水作为慢化剂，而切尔诺贝利采用的是石墨慢化剂。 下面科普一下慢化剂的作用：慢化剂，又称中子减速剂。在一般情况下，可裂变核发射出的中子的飞行速度比其被其它可裂变核的捕获的中子速度要快，因此为了产生链式反应，就必须要将中子的飞行速度降下来，变成慢中子，这时就会使用中子减速剂。常见的慢化剂有：轻水、重水、石墨、碳氢化合物、
4、铍等。 为什么对比慢化剂，切尔诺贝利污染之所以严重，问题很大一部分就出在石墨慢化剂上。大家都知道石墨是可燃而且颗粒小、吸附能力极强的东西。切尔诺贝利4号机组爆炸之后，由于大量空气进入，高温之下石墨燃烧不完全产生大量的粉尘、吸附了大量的细小辐射物质。加之石墨颗粒又轻，漂浮能力极强，所以导致辐射物质飘散的很远。 同样的，福岛核电站采用的是轻水作为慢化剂和冷却剂。水蒸气的吸附能力相比石墨，要小得多，相对而言携带的辐射物质较少。虽然这次辐射物质飘散的比较严重，但是从量上来说，较之切尔诺贝利，要好很多。 （2）安全壳 用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生罕见
5、的反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变产物释放到周围的最后一道屏障。安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器，顶部呈半球形。内径约40m，壁厚约1m，高约6070m。 切尔诺贝利的RBMK1000石墨沸水堆是没有安全壳的，当然就算有安全壳，也顶不住当时的爆炸，这个后面会讲到。 而福岛核电站和反应堆都有安全壳，在现在的事故情况下，安全壳能起到一定的防治融毁堆芯外泄额作用。 二、事故形式： 1.切尔诺贝利设计+认为操作不当 RBMK1000石墨沸水堆本身设计就有问题，在低功率下反应堆会相当的不稳定。当晚本身反应堆就在进行安全实验，低功率下反应堆不稳定导致了功率下降过快，控制人员为了恢
6、复功率决定“抄捷径”将上升功率输出到200 百万瓦特。为了克服不稳定的反应堆产生的物质的中子吸收作用，远多于安全章程数量的控制棒由反应堆拔出。 恢复功率之后，安全试验需要的备用水泵启动，给堆内带来了过量的冷却水，为了平衡这些水量的增加，更多的控制棒被拔出。实际上产生的热量大为增加。 实验开始之后，冷却水量减少，但是控制棒的过多拔出导致了反应堆的实际热量极高，瞬间产生的大量热量无法排除，堆内功率飙升。 操作人员为了控制反应堆，只能紧急停堆。但控制棒的结构，会导致在控制棒插入时反应堆功率升高的状况。这一设计又导致了反应堆内功率的进一步提升，控制棒管道变形，棒在被插入以后被卡住，只能进入管道的三分之
7、一，因此无法停止反应。燃料棒开始熔化而蒸汽压力迅速地增加，导致一场大蒸汽爆炸，使反应器顶部移位和受破坏，冷却剂管道爆裂并在屋顶炸开一个洞，直接将1200T的钢制堆顶炸飞。 从图中可以看出来，整个反应堆已经完全被摧毁。 总而言之，切尔诺贝利是一场反应堆功率过高导致的蒸汽爆炸，反应堆处于全负荷甚至超负荷运行状态，这样的情况下产生的高温高压，就算有安全壳，估计也一并炸飞了。 堆顶炸飞之后，大量空气涌入，石墨砌体的弊端就显露出来了，氧气进入，燃烧剧烈，释放大量吸附着放射性物质的粉尘，和熔融的燃料棒一起，变成岩浆状的物质，在堆底缓慢流淌，最终凝结在堆底，被石棺覆盖。 2.福岛核电站关机之后的余热？ 为什
8、么加上个问号，因为根据日本官方的说法，控制棒已经到位，本身这是毋庸置疑的，但是之前有一种说法是一号机组的控制棒没有完全到位 从地震发生，到海啸来袭，之间还是有不少时间。按照一般电站紧急停堆的的程序，控制棒紧急插入的速度应该不会过慢，比如切尔诺贝利的控制棒就是在20s左右到位。所以，这样的情况，在海啸来袭之前，控制棒应该已经到位。 但是，反应堆停止之后，部分裂变产物依然会产生衰变，部分的核物质也会继续释放热量，所以要大量的冷却剂来进行冷却。 但是问题就出在这里！ 福岛核电站的前几代的老式核反应堆需要电力驱动水泵往反应堆内部注水，但是震后断电，备用柴油发动机又被之后的海啸冲走，备用电池时间又有限，
9、导致反应堆缺少散热用水，内部的冷却水气化速度很快，堆内压力升高。 大家都知道，堆内压力升高到一定地步，反应堆就会发生爆炸，就像切尔诺贝利一样，蒸汽大爆炸，这时候压力壳先破裂，控制不好就是安全壳爆炸，核燃料完全暴露于外界，蒸汽带走部分的放射性粉尘，当地被完全污染。 在没有足够冷却水的状况下，为了防止爆炸，核电站不得不打开反应堆内部与大气的阀门，排放出部分蒸汽。但是高温下，水师很分解成氢氧气体的，排放到厂房内，不能散发出去，温度一高，就发生爆炸。这就是日方所说的氢气爆炸。 1、3号反应堆的爆炸就是这种。但是我要质疑的是正常的氢氧爆炸产生白雾也就算了，3号堆产生的黄色烟雾到底是由于什么燃烧？根据日方
10、描述，安全壳没有损坏，如果安全壳暂时没有损坏这一说法比较可信的话，暂时事态还能控制，但是这个仅限于假设。 根据现在排除的蒸汽含有铯-137，我们可以相信，燃料棒外包的锆合金显然已经破损，就是说压力壳内的燃料棒已经发生了熔融，堆芯熔毁只是时间问题。现在日方对已经出现堆芯熔毁的1、2、3号堆的堆芯继续注水，目的很简单，只是降低熔化燃料棒的温度，防止燃料棒烧破压力壳。 现在最危险的依然是2号机组，14号当反应堆注水水位不再升高之时，就有人怀疑是2号机组出现了泄露的状况，之后的爆炸又损坏了压力控制池，就是说2号堆的安全壳已经出现部分毁坏，今天早些时候，日方公布3号堆的安全壳也出现了损坏，这就意味着压力
11、壳一旦烧破，就会出现严重的核泄漏。 4号堆的状况就不是很明确了，一把无名火，也不知道是哪烧的。但是4号机组的乏燃料池缺水就很让人担心，乏燃料池内浸泡的是已经用过的核燃料棒，这些燃料棒内依然有大量的铀等物质，一旦缺乏降温，发生临界反应，就完全是个暴露在外的核反应堆，完全没有控制这个才是现在4号堆最让人担心的事。 3.放射性污染飘散与清洁 现在影响日本的放射性物质主要来源于反应堆内的含有放射性物质的蒸汽飘散，也可能有反应堆压力壳安全壳都破裂之后的放射性尘埃污染，但是由于现在一直在向反应堆内灌水，放射性尘埃的问题基本不存在。相对于善于吸附的石墨颗粒相比，水蒸气吸附的放射性物质显然较少，当然水蒸气经过
12、区域，辐射会有相应的增加但是绝对会大于切尔诺贝利。 关于防护与清洁问题，烟云能飘浮多远很难预测，它取决于风速和其它气象条件。在突发事件的早期和中期，隐蔽是主要防护措施之一，大多数建筑物可使建筑物内的人员吸入剂量约降低一半，隐蔽时间一般认为不应超过2天。 个人体表的防护可用各种日常服装，对已受到或怀疑受到体表放射性污染的人员进行去污，方法简单，可用水淋浴，并将受污染的衣服、鞋、帽等脱下存放起来，直到以后有时间再进行检测或处理。 这次核泄漏的性质，基本与美国三里岛核泄漏的性质类似，那次也有堆芯熔毁。而且没有立刻发现，从3.28熔毁，到3.30宾州州长才疏散方圆5英里的孕妇和儿童。事后从辐射量来评估
13、，结果是周边群众相当于一人拍了一次X光，对癌症发病率没有显著影响。我们不能预测未来事件走向，但是从以往经验来看还没到恐慌的时刻。 三、最坏状况的估计 刚刚看到消息，一号堆70%燃料受损，二号堆33%。早就证明堆芯正在发生熔毁，这个消息反而在意料之中了。按现在的状况，下面要看的就是压力壳和安全壳的耐受能力了。下面按严重程度分析一下现在可能发生的较坏情况。 1.压力壳完好 鉴于现在堆芯已经熔融，大量的熔岩状核物质会涌向压力壳底部，压力壳如果能顶住这样的高温熔岩的话，所有的放射性物质将被约束与压力壳内部。大家知道，现有的放射性烟尘排放主要是由于主动排出的放射性水蒸气导致的，放射性相对较小。在压力壳内
14、注水和，安全壳内注水均正常的情况下，只要能保住压力壳，大规模的核泄漏就可以防止。但是就现在而言一旦放射性熔岩流到压力壳底部，基本压力壳就不保了。这些熔岩是熔化了熔点2200的锆合金而流出的，对付钢制的压力壳，绰绰有余。 上图中间的壳体就是压力壳 所以，既然堆芯已经熔融，有相当大的可能熔岩会熔融压力壳。加之现在压力壳内注水有故障，保住压力壳的可能性很小。 2.突破压力壳，保住安全壳 安全壳是核电站外围最后的保护屏障，基本都是混凝土内衬钢板。三里岛核电站事故之后，美国就是靠着安全壳保住了最后的防线，没有出现大规模的核泄漏。要知道三里岛事故处理的时候，专家们最怕什么？氢气爆炸！安全壳内的氢气爆炸会摧
15、毁安全壳，能量小一点的话也会引起安全壳裂缝，导致放射性物质外泄。日本人当然也怕这一点，为了保安全壳，他们将氢气向外放出到厂房以内，结果氢气爆炸依然发生，只不过是发生在安全壳外，1、3号堆的第一次爆炸，就是这样的爆炸，把厂房炸的七零八落，但是对安全壳的危害相对较小。守住安全壳就是守住三里岛的等级。 但是，就算打开阀门放出安全壳内的氢气，依然不可能完全放出。2号堆发生的那几次爆炸，倒更像是壳内爆炸，压力控制池因此而损坏，之后3号堆的再次爆炸，也像是安全壳内爆炸。今日看到报道，说是2、3号堆安全壳出现损坏，就知道大事不妙。 上图为爆炸的三号堆，三号堆另一端的四号堆厂房，也有一定程度的损坏 综上所述，至少2号堆、3号堆的安全壳有一定隐患，保住安全壳这一想法实现有难度。 3.较大规模核泄漏 在安全壳压力壳均不保的情况下，燃料棒熔岩，会顺着裂缝缓慢的流淌，裂缝就是辐射最强的地方，之后会从裂缝处出现少量的放射性尘埃，污染的规模会加大。现在而言最可能出现的就是这种状况。对于当地来说这样的危害将是毁灭性的。之后的处理和切尔诺贝利一样，封堆，等放射性物质稳定了再做清理。当然这需要很长时间。 这种情况比较严重，但是由于堆芯燃料有限，流出的可能性比较小，最有可能的是积聚在安全壳底部，从裂缝释放放射性尘埃。 这时
