日本核危机是如何发生的

这张图显示了核反应堆的所有部件。

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如果你读过核反应堆如何工作在美国，你应该对核电站的基本概念很熟悉。在较高的层次上，这些植物非常简单。在现代商业核电站中，核燃料以浓缩铀的形式出现，当铀原子分裂时，核燃料自然会产生热量核弹是如何工作的详情)。这些热量被用来烧开水并产生蒸汽。蒸汽驱动蒸汽涡轮机，旋转发电机来创造电．这些电厂都很大，在满功率的情况下，通常能产生十亿瓦的电力。

为了使核电站的输出可调，铀燃料被制成约有巧克力卷大小的小球。这些颗粒被首尾相连地堆放在被称为燃料棒的长金属管中。该棒布置成束，束布置在反应堆的核心。控制棒安装在燃料棒之间，能够吸收中子。如果控制棒完全插入堆芯，反应堆就会被关闭。铀会产生尽可能少的热量(但仍然会产生热量)。如果控制棒尽可能地从堆芯中抽出来，堆芯就会产生最大的热量。想想一个100瓦的白炽灯产生的热量。这些灯泡非常热——热到可以在简易烘焙烤箱里烤一个纸杯蛋糕。现在想象一个100亿瓦的灯泡。 That is the kind of heat coming out of a reactor core at full power.

日本发生故障的反应堆是通用电气公司在20世纪60年代设计的马克1号沸水反应堆。这是早期的反应堆设计之一，铀燃料烧开水，直接驱动汽轮机。由于对马克1号设计的安全考虑，这种设计后来被压水堆所取代。正如我们所看到的，在日本，这些安全担忧变成了安全故障。让我们来看看导致灾难的致命缺陷。

沸水反应堆有一个阿喀琉斯之踵——一个致命的缺陷——在正常运行条件和大多数故障情况下是看不见的。这个缺陷与冷却系统有关。

沸水反应堆烧水:这很明显，也很简单。这项技术可以追溯到一个多世纪前最早的蒸汽机。当水沸腾时，它会产生巨大的压力——这种压力将被用来旋转汽轮机。沸水还能使反应堆堆芯保持在安全温度。当它离开汽轮机时，蒸汽被冷却和冷凝，在一个闭环中反复使用。水通过电动泵再循环。

如果电动泵失去动力，这种设计的脆弱性就会发挥作用。如果锅炉里没有新鲜的水供应，水就会继续沸腾，水位就会开始下降。如果有足够多的水烧开，燃料棒就会暴露出来并过热。在某种程度上，即使控制棒完全插入，也有足够的热量熔化核燃料。这就是“熔毁”一词的来源。成吨熔化的铀流到压力容器底部。在这一点上，这是灾难性的。在最坏的情况下，熔化的燃料穿透压力容器释放到环境．

由于这种已知的脆弱性，泵及其供电系统周围存在大量冗余。有几组冗余泵，还有冗余电源。力量可以来自于电网．如果失败了，还有几层备用柴油发电机。如果它们失败了，还有一个备用电池系统。有了这些冗余，漏洞似乎完全被覆盖了。致命的缺陷是不可能暴露出来的。

不幸的是，不久之后地震最糟糕的情况出现了。

日本核危机最糟糕的情况将是核反应堆熔毁，并向环境中大量释放核辐射。

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的核能日本的植物经受住了地震毫无困难。离震中最近的四座核电站自动关闭，这意味着控制棒完全插入反应堆堆芯，核电站停止发电。这是这些工厂的正常操作程序，但这意味着第一个源头电因为冷却泵没了。这不是问题，因为工厂可以从电网获得电力来运行水泵。

然而,电网变得不稳定，它也关闭了。冷却泵的第二个电力来源也没有了。这让备用柴油发电机发挥了作用。柴油发电机是一种强大且经过时间考验的发电方式，所以没有什么可担心的。

但随后海啸袭来。不幸的是，海啸远远超出了所有人的计划。如果备用柴油发电机的高度高于地面，设计成可以在水下运行，或者以某种方式免受深水影响，那么这场危机就可以避免。不幸的是，海啸带来的意外水位导致发电机失灵。

这就剩下最后一层冗余了电池——操作水泵。电池的性能符合预期，但它们的尺寸只能维持几个小时。显然，这个假设是，电力将很快从另一种来源获得。

尽管操作人员确实运来了新的发电机，但它们无法及时连接起来，冷却剂泵的电也用完了。沸水式设计的致命缺陷——被认为不可能通过这么多层冗余来发现——尽管如此，它还是暴露了出来。随着它的暴露，下一步的进程导致了灾难。

电池没电了，冷却剂泵也失灵了。由于没有新的冷却剂流入堆芯，冷却堆芯的水开始沸腾。随着水的蒸发，燃料棒的顶部暴露出来，装有铀燃料球的金属管过热并破裂。这些裂缝让水进入管道，到达燃料球，在那里开始产生氢气。这个过程叫做热解如果水足够热，它就会分解成氢和氧原子．

氢是一种高度爆炸性的气体——回想一下兴登堡爆炸事件，在那次爆炸中兴登堡充满了氢气。在日本的核电站中，氢气产生的压力不断增加，气体必须被排出。不幸的是，如此多的氢排放如此之快，以致于在反应堆建筑内爆炸。同样的一系列事件发生在几个不同的反应堆中。

爆炸并没有使装着堆芯的压力容器破裂，也没有释放出任何大量的辐射。这些是简单的氢弹爆炸，不是核爆炸。爆炸破坏了压力容器周围的混凝土和钢铁建筑。

爆炸也表明事情已经失去了控制。如果水继续沸腾，几乎可以肯定会发生熔毁。

因此，操作人员决定用海水淹没反应堆。这是控制局势的最后一招，因为海水会完全摧毁反应堆，但这比熔毁要好。此外，海水中还混合了硼，就像液体版的控制棒一样。硼吸收中子，是控制棒的主要成分之一。

法国59座核电站提供了该国75%的电力，Tricastin核电站就是其中之一。

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日本发生的核事故被描述为INES事件(国际核与辐射事件分级表)的6级。三里岛事件是五级事件。切尔诺贝利是7级事故，这是事件级别的最高级别[来源:路透社]。显然，情况很严重。

日本已经失去了很大一部分发电能力。大约是日本的三分之一电来自核能大约一半的发电能力已经丧失(约占总发电能力的20%)[来源:伊佐］．这种能力需要以某种方式被取代。

这些反应堆已经使用了40年，已经接近设计寿命的终点。一种选择是简单地重建核电站。这种做法的两个问题是，这将是一个非常漫长的过程——可能需要10年甚至更长时间——而且日本的普通民众可能对新的核反应堆没有兴趣。现在下结论还为时过早。

美国有很多马克1号反应堆。可以肯定的是，它们将会退役或改造，以利用在日本获得的教训。其他反应堆也可以根据需要进行改造。

自从三里岛核事故使美国的新核电站建设停止以来，已经过去了三十多年，核工业希望美国的核能复兴。日本发生的事件可能会阻止这种复兴。或者，它们可能会刺激其他更安全的核技术的研究。