切尔诺贝利的象脚是一堆有毒的堆芯铀

8个月后1986年4月核事故在切尔诺贝利核电站在乌克兰，工人们进入受损的4号反应堆下方的走廊，发现了一个惊人的现象:黑色熔岩从反应堆堆芯中流出，就好像是某种人造火山。其中一块硬化块特别令人吃惊，工作人员给它起了个绰号叫“象脚”，因为它很像这种大型哺乳动物的脚。

传感器告诉工作人员熔岩的形成高度很高放射性正如凯尔·希尔在这篇文章中详细描述的那样，一个人在五分钟内就会接触到致命的辐射2013篇文章科学杂志《鹦鹉螺号》

十年后，美国能源部的国际核安全计划，收集上百张图片他获得了几张“象脚”的照片，据估计它有多重2.2吨(2公吨）.

从此，大象的脚，这是众所周知的类似熔岩的含燃料物质(LFCM)，一直是一个令人着迷的恐怖对象。但它到底是什么呢?

切尔诺贝利的大象脚是什么?

由于象脚具有很强的放射性，当时的科学家们使用一个轮子上的相机来拍摄它。一些研究人员离得足够近，可以采集样本进行分析。他们发现“象脚”并不是核燃料的残留物。

相反，核专家解释说，“象脚”是由一种叫做“堆芯物质”的稀有物质组成的，这种物质是在核事故中产生的，当时核燃料和反应堆核心结构的部分过热熔化，形成混合物。堆芯岩在历史上只自然形成过五次，一次是在地球上三里岛事故1979年在宾夕法尼亚州，一次在切尔诺贝利，三次在福岛第一核电站2011年日本核电站灾难。

“如果不能终止堆芯熔体，那么最终熔融体将向下流动到反应堆容器的底部并熔化(伴随着额外的熔融物质)，下降到安全壳的底部。”埃德温·莱曼美国国家核电安全管理局局长忧思科学家联盟他在一封电子邮件中解释道。

Lyman继续说:“热的熔融体会与容器的混凝土地板(如果有的话)发生反应，再次改变熔体的成分。”“根据反应堆的类型，熔体可能会扩散并融化穿过安全壳墙，或继续融化穿过地板，最终渗入地下水(这就是福岛发生的事情)。当熔体充分冷却时，它会硬化成坚硬的岩石状矿物。”

米切尔·t·法默他是一名资深核工程师，同时也是该公司的项目经理阿贡国家实验室他在电子邮件中说，堆芯岩看起来“很像熔岩，一种黑色的氧化物物质，冷却后变得非常粘稠，像粘性的熔融玻璃一样流动。切尔诺贝利‘象脚’事件就是这样发生的。”

什么是熔矿?

构成切尔诺贝利象脚这样的特定堆芯熔化物流的确切成分是不同的。法默，他的团队模拟核堆芯熔化事故在研究中，他说“象脚”的棕色颜色类似于“熔融物被侵蚀成含有大量二氧化硅(SiO2)的混凝土，而二氧化硅基本上是玻璃”。含有大量二氧化硅的混凝土被称为硅质混凝土，这就是用于建造切尔诺贝利核电站的混凝土类型。”

这是有道理的，因为最初在核心融化在美国，堆芯将由通常构成堆芯的材料组成。其中一部分也是氧化铀燃料。法默解释说，其他成分还包括燃料的涂层——通常是一种叫做锆合金的锆合金——以及结构材料，这些材料大多是由铁组成的不锈钢。

法默说:“取决于水何时被重新供应来冷却堆芯岩，堆芯岩的成分会随着时间发生变化。”“当蒸汽蒸发时，蒸汽可以与核反应堆中的金属(锆和钢)发生反应，产生氢气，这就是你在福岛第一核电站反应堆事故中看到的效果。堆芯岩中的氧化金属被转化为氧化物，导致其成分发生变化。”

法默说，如果堆芯铁没有冷却，它就会向下移动，在这一过程中熔化更多的结构钢，从而导致其成分发生更大的变化。他解释说:“如果仍然过冷，堆芯熔化物最终会融化穿过反应堆的钢铁容器，落到安全壳的混凝土地板上。”“福岛第一核电站的三个反应堆都发生了这种情况。”与堆芯熔化物接触的混凝土最终会升温并开始融化。

法默解释说，一旦混凝土融化，混凝土氧化物(通常被称为“矿渣”)就会被引入熔体中，这将导致混凝土的成分进一步演变。熔化的混凝土还释放出蒸汽和二氧化碳，它们继续与熔体中的金属反应产生氢气(和一氧化碳)，导致堆芯岩的成分发生更多变化。

大象脚有多危险?

由此产生的混乱造成了“象脚”事件是极其危险的。莱曼说，一般来说，堆芯铀比未受损的乏燃料更危险，因为它处于潜在的不稳定状态，更难处理、包装和储存。

莱曼解释说:“在某种程度上，堆芯铀保留了高放射性的裂变产物、钚和已经变成放射性的核心材料，堆芯铀的剂量率将很高，在未来几十年甚至几个世纪里仍然非常危险。”

非常坚硬的凝固堆芯，就像“象脚”的堆芯一样，必须被分解才能从受损的反应堆中取出。莱曼说:“(这)将产生放射性粉尘，增加对工人和可能的环境的危害。”

但更令人担忧的是，科学家们不知道堆芯铀在长期内会有什么表现，比如当它被储存在一个核废料存储库。他们所知道的是，“象脚”的堆芯岩可能不像以前那么活跃了，它正在自己冷却，并将继续冷却。但它仍在融化，并且仍然具有高放射性。

2016年，新型安全坐垫(美国国家安全委员会)被滑到切尔诺贝利，以防止核电站的任何更多辐射泄漏。在安全壳内建造了另一个钢结构，以支撑切尔诺贝利4号反应堆中腐朽的混凝土石棺。理想情况下，国家安全委员会将有助于防止在305/2号房间发生爆炸时，大量铀尘云扩散到空气中。305/2号房间就在4号反应堆堆芯的正下方中子辐射增加的迹象自2016年以来。由于致命的辐射水平，人类完全无法进入。

研究真皮

没人想再看一部《象脚》法默职业生涯的大部分时间都在研究核事故，并与堆芯熔化物合作，努力为核电站运营商开发终止事故的方法——注入多少水，在哪里注入，以及水冷却堆芯熔化物并使其稳定的速度有多快。

“我们所做的大实验法默说，“我们用真正的材料生产‘核铁’，但我们使用电加热来模拟衰变热，而不是衰变加热本身。”他解释说，这种模拟使实验更容易进行。

“我们的大部分工作都集中在研究水的加入在淬火和冷却各种熔芯成分中的效率上。因此，我们正在进行减轻事故的研究。另一方面是事故预防，这是核工业的一个主要重点领域。”