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1、核电站（nuclear power plant）知识(一)核电站发电原理 以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”来加热水，使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，只有一些质量非常大的原子核像铀(yu)、钍(t)等才能发生核裂变。铀-238 占地球上所有铀的 99%，铀-235 约占 0.7%。铀-235 有一个奇特的特性让它既可以用于核能发电也可以用于制造核弹，铀-235 是少数能够发生诱发裂变的物质之一，如果一个自由中子撞击铀-235 的原子核，它的原子核将会立即吸收这个中子而变得不稳定，并马上分解，持续进行下去这种过程称作链式
2、反应。为使铀-235 的这些特性得到发挥，铀样品必须得到浓缩，这样它就含有 2-3%或者更高浓度的铀-235。3%的浓度足够用于核电站。武器中的铀含有 90%或更多的铀-235。一斤高浓铀被用于为核潜艇或者核动力航母提供能量，这约等于 380万升汽油能提供的能量。核电站的另一种燃料是钚-239。钚-239 可以使用中子轰击铀-238 得到这就是核反应堆中时时刻刻发生着的事。核燃料装入直径 1 厘米、长度约 4 米、厚度为 1 毫米左右的细长锆合金材料套管内，称为燃料棒。燃料棒浸泡在水中。在铀燃料棒和燃料棒之间是插入控制棒的空间。控制棒是吸收中子的物质，起到控制反应速度的作用。为防止直接与核燃料
3、接触的工质产生一些核污染，引入一个热交换装置，将与核燃料直接接触的冷却剂（称为一回路）的热量交换到干净的工质（称为二回路）当中。一回路完全封闭，二回路与蒸汽轮机连接。虽然热交换器还是有泄漏的危险，但相比直接通过蒸汽轮机当然就小的多了，这样的结构称为 压水堆。(二)福岛核电站介绍 福岛第一核电站 1 号机组修建于上个世纪 60 年代，属于二代核电技术。据核电专家介绍，这种核电技术在设计上有四重安全系统，可以在核电机组停堆后为反应堆降温。四重安全系统分别为，自动泄压阀、高压喷淋、低压喷淋和低压安全注水。在这些安全系统中，只要有任意一套系统能够正常工作，就可以避免堆芯熔化(meltdown)事故的发
4、生。这次日本发生爆炸的福岛一号电站是1971年造的老反应堆，按照设计要求已经服役 40 年的都应该退役了，但是福岛电厂的利润稳定，东电一直不愿放弃，希望根据新的要求将老堆延长寿命再使用 20 年，如果有可能的话延长到 40 年。所以出事后，东电一直不愿意使用可能导致使反应堆报废的降温办法，而是采取保守程序按照常规通过外能源启动水泵进行降温，导致将最好的救援机会给放弃了。事态一发不可收拾，弄的现在美国人都不愿过去冒险。总的来说是因为设备老化加上处理不当造成的。现在国际上最新一代的核反应堆是号称出事故紧急停堆后 36 小时无人看护照样安全的。同时福岛一号机组的建设年代比较早，还没有引入热交换器（蒸
5、汽发生器）的设计，称为沸水堆。它的两个缺陷一个就是工质直接与堆芯接触；另一个是控制棒的机械装置设计在燃料棒的下方，当控制棒的机械装置失灵的时候，无法通过重力被动插入控制棒停止反应堆。(三)出现问题 1.控制棒失灵 没了控制棒还是可以通过注入一些硼化物来停止核反应的。问题是，无论是控制棒还是硼化物，停止核反应的过程都是需要一定时间的。2.供电系统中断，核电站自有的柴油发电机被地震引起的海啸淹没，导致 1）核反应堆失去了电力供应，水循环不能完成，核反应堆中的热量带不出去，热量的聚集导致容器中更多的液态水变成蒸气，容器内气压变大，对容器外壳形成威胁。2）负责向反应堆输送冷却剂的应急冷却柴油机组却无法
6、运转，反应堆堆芯冷却水位急剧下降，堆芯逐渐露出水面，积聚的热量导致燃料熔化。(四)危害 核燃料发生裂变，产生的热量传导给水，水变成蒸气，从蒸气管流出去，其中的液态水被过滤掉后，就进入发电机组，发完电后，气体冷却为液态水，又通过水管流回容器，如此形成 循环。这样的热量积聚会产生两个危险的后果：第一是这些热量会蒸发原本处于液态的冷却水，形成水蒸气。液态水的水位下降无法浸没燃料棒，而水蒸气的散热能力不如水，这样就会导致核反应的热量积聚在燃料棒内部。使得燃料棒温度不断升高，直至熔化，变形。这就是所谓“堆芯熔毁”，即使最后核反应停止，温度恢复，核反应堆也永远不能再使用。经济方面。第二是包裹核燃料的锆金属
7、和水蒸气在达到一定的温度（约 800C）后，会产生锆水反应释放出氢气。如果这些氢气和水蒸气的压力过高，发生爆炸的话，其威力就有可能将包裹反应堆的压力容器乃至安全壳以及整个核电站厂房炸飞，将核燃料炸得漫天飘散！这将是又一个切尔诺贝利事故，是不惜一切代价要避免的情况。(五)日本方面的应对措施 首先是插入全部的控制棒或向反应堆内注入硼化物，停止核反应。其次是在循环水泵无法工作的情况下，向反应堆内部直接注入海水，避免燃料棒熔化破损，铀化物直接泄漏。最后是对注入海水后产生的大量水蒸气和氢气，为了避免在反应堆内部爆炸，即使明知其已经带有少量放射性和爆炸的可能，也不得不将其放出！容器内的高温使得水蒸气与锆合
8、金反应产生氢气，而放出的氢气在安全壳外的厂房内和空气混合发生了爆炸。这样的爆炸不会伤及核反应堆。(六)危害和保护 可以说这次核泄漏，是一次“有计划”的泄漏，是丢卒保帅，是两害相权取其轻。会有少量放射性物质扩散到空气中，但比起成为第二个切尔诺贝利当然是好得多了。由于“核泄漏”的只是水和水蒸气，其放射性污染并不严重，日本范围以外的同学们都无需担心。想要做一些保护措施的话，建议准备一些饮用水和食物。因为放射性元素一旦摄入就如影随形，内照射的危害远大于外照射。碘酒和碘片的作用是让甲状腺吸收充足的碘，避免放射性同位素碘-131 被甲状腺吸收后在体内长时间滞留。现在东日本大量海水流入地下，盐碱地还是小事.
9、直接拿海水去冷却堆心，气化的一回路蒸气污染了整个东日本和北太平洋。最可怕的是冷却水流入地下，进入了地下水系统。以后东日本养出游戏 Fallout 里的双头牛来大家都别惊讶了。好在天佑华夏，按往年这个季节是要吹东南季风的，刚好把尘埃吹到中国。目前西伯利亚有股冷气团极其给力所以最近这些天都是西北风，尘埃都去关岛、夏威夷和美国西海岸了。关于后续的情况，鉴于反应堆的剩余能量仍然要释放一段时间，在这段时间内注入的海水还会不断蒸发。因此堆芯水位下降是正常的。在接下来的这段时间内还会重复若干次注水-释放氢气和水蒸气的过程（可能还会爆炸几次），直到反应堆完全冷却下来为止。(七)其它原因 福岛核电站采用的是铀钚
10、混合氧化物这种比铀氧原料贵2-3 倍，而且危险性高的原料，反应堆用的也是安全性差的快增殖反应堆，而且沸水堆只有一回路，直通涡轮。日本人玩这种手段只要有点脑子的都看得出来他们想要干什么：不就是为了储备制造核弹的那点钚嘛。现在据报导爆掉的一号堆已经在用硼酸了。一开始不肯用是因为一旦用了硼酸，里面的核燃料就全部报废了。福岛电站用的可是 MOX 燃料（铀钚混合氧化物），那可是极重要的战略资源，你们懂的。技术问题和人为方面：核电站修的和地堡似的，光是厂房的钢筋混凝土外壳就是中国 99 式零距离炮击数次也轰不穿，从新闻图片和视频里就知道核电站没被冲垮，地震波距离每远 100 公里，威力就大减。8 级地震到
11、了 70 公里外的成都连楼都震不倒一栋。主要是供电失灵、核电站备用电源失灵（建在海边都没有地下备用电源.）(八)核能发电优点和缺点 有一个重要的优点非常清洁。与火电站相比，核电站从环保角度来讲简直就是做到了极致。火电站向大气中释放的放射性物质比核电站还多，同时它还向大气中释放大量的碳、硫和其他元素。铀的开采和提纯并不是非常清洁的过程。和核燃料直接接触的水和气体，也会带有较少量的放射性。(九)启示 新课题在未来核电站设计时，需要将地震与海啸的叠加作用考虑进去，在沿海与地震频发地方更是如此。(十)中国核电站 核电站提供了世界上大约 17%的电能。在法国，大约 75%的电是由核电站生产的。在美国，核
12、电站共提供了大约 15%的电能，但各州利用核电的情况并不统一。全世界共有超过 400 座核电站，而其中有超过 100 座在美国。截止到 2010 年，我国投入商业运营的核电机组总数为 13 台，总装机容量达到 1080 万千瓦，占世界核电总装机容量（3.75 亿千瓦）的 2.88%。2010 年我国新开工建设 10 台核电机组，在建核电机组数达到 28 台，总装机容量为 3097 万千瓦，占全球在建核电总规模的 40%以上。“十二五”将是我国核电建设的高峰期，每年至少有 8 台左右核电机组新开工建设。到 2020 年，我国核电装机规模将达到 70008000 万千瓦。国家环保部核安全中心人士表
13、示，我国目前在运核电机组共 13 台，其中除秦山一期核电站采用二代核电外，其余 12 台在运营核电机组都是二代改进型核电机组。传统的沸水堆只有一个回路，而我国采用的压水堆大都是三个回路，意味着含有放射性的回路是在压力容器之内的，这就比沸水堆多了一层安全保障。此外，二代改进型机组也比二代核电机组多配备了一台柴油发电机，以备不时之需。但尽管如此，二代改进型核电机组的冷却系统在设计上延续了二代技术的思路，以能动的冷却设施为主。如果同样震级的地震发生在中国的核电站附近，那么多重冷却系统仍然存在全部失效的可能。三代核电站较二代改进型核电站最大的进步在于，三代核电站的冷却系统在机组自动停止运行时，可以无需
14、外力介入就能使反应堆温度安全下降。我国在2007年引进了美国 AP1000三代核电技术，并从法国引进EPR 核电机组。目前，我国在建的26 台核电机组大都采用二代改进型核电技术，二代改进型核电站可以抵抗相当于震级为 8 级的地震。我国引进的 AP1000 核电技术已经获批建设 4 台示范机组，但在经过足够的考验之前，国家不太可能批准新建AP1000核电机组。但如果国际原子能机构拿出的评估报告与目前的分析一致，认为这次事故暴露了福岛核电站的设计缺陷，那么我国核电政策必然更加向三代核电技术倾斜。假设中国在运核电站经历9.0级地震后，多重冷却设施全部失效，该如何处理呢？上述人士沉默了片刻说：“那就很危险了，这是设计上所没考虑到的。”