核反应堆发生堆芯熔毁的原因和危害以及事故范例

新用户99311210 2021-05-12

展开全文

堆芯熔毁（英语：meltdown），又称为核熔毁或熔毁，是核反应堆因无法及时冷却而熔化造成的损毁。堆芯熔毁后可引发具有放射性的物质外泄，影响人类及其他生物的健康。在核电站中，堆芯熔毁稳定化系统（Core Melt Stabilization System）会用来减缓堆芯熔毁的影响，并确保核心保护壳的完整性。

核反应堆

核泄漏虽也可指使用核动力的航海器具（如潜艇或航空母舰等）所发生的灾害，不过一般是指用核电站内发生的核熔毁事件，例如切尔诺贝利核事故与福岛第一核电站事故。

堆芯熔毁的原因可能有以下几种：

1、反应堆冷却剂的冷却能力异常降低或丧失（核电站冷却剂丧失事故）

2、应对堆芯异常的输出上升时，紧急停止（控制棒完全插入以紧急停机）失败

3、堆芯发生异常过渡变化

4、大地震、重量物落下等造成堆芯受损（包括被覆管因高温而脆化受损的情况）

5、冷却水的回路受阻造成冷却能力降低

核反应堆

其中最主要是核反应堆的冷却系统发生故障或因外界因素自动停止运作，即使控制棒已插入炉内，核裂变反应产生的热也会将累积在炉内，将水烧干。当燃料棒所包覆的锆锡合金（Zircaloy）因炉内温度过高而达到两千多度的熔点时，便可能使反应堆燃料棒中的核燃料如氧化铀外泄出燃料棒。

堆芯熔毁的危害

炉内的水沸腾后所形成的高温水蒸气与锆锡合金接触时，会分解出氢气：

Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2↑

当氢气无法排出而累积，与空气混合后，则可能会发生氢气爆炸而损坏压力容器及围阻体。

堆芯熔毁之后果可能是放射性物质逸出反应堆压力容器，甚至是围阻体。

没有破坏围阻体的核泄漏所发出的辐射导致的危害大多远比核武器的小，但若围阻体损坏，对邻近土地的长期污染很有可能远超过核武器爆炸。这是因为核电站储存的燃料及核废料量远超过核子弹，而且核子弹爆炸时已经将大部分的燃料给反应掉，因此原子弹的污染在短期内就会降低到可接受程度，而核电站严重事故释出的污染物质，不但数量庞大，也有数万年以上的半衰期。

另外，核泄漏虽然不一定总会引发核灾害，但已是已知核能应用上的最大安全及环保隐忧。