堆芯定義
堆芯是反應堆的心臟,裝在壓力容器中間。它是燃料組件構成的。正如鍋爐燒的煤塊一樣,燃料芯塊是核電站“原子鍋爐”燃燒的基本單元。這種芯塊是由二氧化鈾燒結而成的,含有2~4%的鈾-235,呈小圓柱形,直徑為9.3毫米。把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中,成為一根長約4米、直徑約10毫米的燃料元件棒。把200多根燃料棒按正方形排列,用定位格架固定,組成燃料組件。每個堆芯一般由121個到193個組件組成。這樣,一座壓水堆所需燃料棒幾萬根,二氧化鈾芯塊1千多萬塊堆芯。此外,這種反應堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水(冷卻劑)。控制棒用銀銦鎘材料製成,外面套有不鏽鋼包殼,可以吸收反應堆中的中子,它的粗細與燃料棒差不多。把多根控制棒組成棒束型,用來控制反應堆核反應的快慢。如果反應堆發生故障,立即把足夠多的控制棒插入堆芯,在很短時間內反應堆就會停止工作,這就保證了反應堆運行的安全。堆芯溶化
堆芯熔化(meltdown)是指核反應堆溫度上升過高,造成燃料棒熔化並發生破損事故。失去冷卻水後,堆芯水位下降,燃料棒露出水面,燃料中的放射性物質產生的熱量無法去除,隨後溫度持續上升會導致這種情況。這是核電站可能發生的事故中最為嚴重的事態。引發事故
三里島事故
美國三里島壓水堆核電廠二號堆於1979年3月28日發生的堆芯失水而熔化和放射性物質外逸的重大事故。這次事故是由於二迴路的水泵發生故障後,二迴路的事故冷卻系統自動投入,但因前些天工人檢修後未將事故冷卻系統的閥門打開,致使這一系統自動投入後,二迴路的水仍斷流。當堆內溫度和壓力在此情況下升高后,反應堆就自動停堆,卸壓閥也自動打開,放出堆芯內的部分汽水混合物。同時,當反應堆內壓力下降至正常時,卸壓閥由於故障未能自動回座,使堆芯冷卻劑繼續外流,壓力降至正常值以下,於是應急堆芯冷卻系統自動投入,但操作人員未判明卸壓閥沒有回座,反而關閉了應急堆芯冷卻系統,停止了向堆芯內注水。這一系列的管理和操作上的失誤與設備上的故障交織在一起,使一次小的故障急劇擴大,造成堆芯熔化的嚴重事故。在這次事故中,主要的工程安全設施都自動投入,同時由於反應堆有幾道安全屏障(燃料包殼,一迴路壓力邊界和安全殼等),因而無一傷亡,在事故現場,只有3人受到了略高於半年的容許劑量的照射。核電廠附近80千米以內的公眾,由於事故,平均每人受到的劑量不到一年內天然本底的百分之一,因此,三里島事故對環境的影響極小。日本核事故
1、福島第一核電站
一號機組:冷卻系統停止運轉,反應堆部分發生“堆芯熔化”,已排出蒸汽,在當地時間2011年3月12日的爆炸中建築部分損壞,已向該反應堆注入海水。
二號機組:冷卻系統停止運轉,反應堆部分發生“堆芯熔化”,反應堆燃料棒一度完全暴露在水面以上,已排出蒸汽,當地時間2011年3月14日三號反應堆發生爆炸,導致二號反應堆建築部分損壞,2011年3月15日反應堆外安全殼部分受損,可能發生“堆芯熔化”現象。
三號機組:2011年3月13日,反應堆喪失冷卻功能,可能已出現“堆芯熔化”。之後採取釋放蒸汽及注入海水措施。2011年3月14日發生氫氣爆炸,導致該反應堆廠房部分受損。2011年3月15日檢測到該反應堆附近輻射量增高,2011年3月16日該反應堆區域冒出白色煙霧,反應堆安全殼存在毀壞的可能性。
四號機組:地震發生時反應堆正在進行維護檢修工作,2011年3月15日起火,可能是反應堆乏燃料儲存池發生氫氣爆炸,無法觀測到乏燃料儲存池水位。16日放置反應堆的廠房起火,無法注水冷卻該反應堆。
五號、六號機組:地震發生時正反應堆在進行維護檢修工作,2011年3月16日觀測,這2個機組裝有反應堆乏燃料的水池溫度輕微上升。
2、福島第二核電站
一號、二號、三號機組:地震後冷卻系統自動停止運轉,喪失冷卻功能,後經採取措施,已進入穩定的“冷溫停止”狀態。
四號機組:已進入“冷溫停止”狀態。