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译者:daiwq

发生在日本的8.9级地震(后修正为9.0级)引发了其国内众多核反应堆中至少一座的冷却问题。东京电力公司确认旗下福岛第一核电站的一号反应堆压力已经持续升高(福岛第一核电站位于日本东北海岸,是全世界最大的核电站之一),这表明冷却水无法接触到反应堆核心,导致安全壳内部充满蒸汽。根据日本媒体的报导,问题在于将冷却水泵入反应堆的电路断电。日本原子力产业协会(Japan Atomic Industrial Forum)称,提供紧急电力的备用柴油发电机发生故障,但替换的发电机已经被送入发电厂。类似的柴油发电机正在为六个所再处理工厂(Rokkasho Reprocessing Plant)供电,用以循环利用核燃料。

作为预防措施,日本政府已经宣布进入核紧急状况,将福岛核电站附近居民的疏散半径扩大到20公里。此前,政府曾下令疏散福岛两座核电站半径3公里范围内的民众,后又将半径扩展至10公里。而东京电力公司计划自保护壳建筑内部排除部分放射性蒸汽。但随后1号机组的厂房在12日下午发生氢气爆炸。

《科学美国人》与负责监控全美104座核反应堆安全情况的政府部门美国核管理委员会(NRC)的公共事务官员斯科特.布尼尔(Scott Burnell)就有关如何冷却一座反应堆的问题进行了对谈。

谈话的编辑版本如下。

一般来说,如何冷却一座反应堆?

进行冷却的措施非常简单:将水送入反应堆核心以排出热量。实际上使反应堆运行的链式反应只需几秒钟就能被关闭。而留在反应堆核心内部的放射性物质在很长时间里将继续释放热量。除非通过某种途径排出这些热量,否则它们将不断积聚,最终对放射性燃料或者反应堆造成危害。

将水送入核心一般意味着水泵要由电力驱动。如果反应堆的供电被切断将会发生什么?

会有应急柴油发电机。也可以使用电池系统来使设备保持运转,而它们也为安全系统提供动力(安全系统通过冷却反应堆核心来防止熔毁)。这些都意味着要有一个具备纵深的安全体系。首先依靠网电。如果网电不再可用,就使用发电机,发电机要是有问题,就启用备用电池。而电池组通常能够在柴油发电机开始运转前保证电力供应。

反应堆熔解前有多长时间?

这要视核电站的情形而定。要看核电站是使用沸水反应器还是压水反应器。基本上,(两类反应器)都可以利用自然界的力量,比如对流。无论如何内部都存在一个冷却回路,因此总是会有些作用,因为热水上升而冷水相应被吸入。但这并不像直接泵入冷水那样有效。说得简单一点,在恢复正常的冷却系统前有很多个小时。但“很多个小时”到底是多少则无法确定。

但是通常都短于24个小时?

可以这么说。

最坏的情形是怎样的?

我们力求避免的是核心发生损害。一旦核心遭到破坏,接下来就会释放放射性物质,进入冷却剂,从而增加了反应堆内物质外泄的可能。

未能正常冷却的日本福岛第一核电站1号反应堆使用的是沸水反应器。这和使用压水反应器的反应堆在冷却方面有什么不同?

具体来说沸水反应器相当于一个蒸汽动力系统,不需要外部动力源。冷却反应堆产生的热量制造出的蒸汽已经足以驱动涡轮,使得用以冷却核心的泵运转。这一类系统正是用来抵御地震,能在灾害发生后继续运行。这是一个自给自足的系统,确实会使用电池组来进行控制,但也可以手动操作。所以,即使遭遇全面断电的状况——一点儿动力都没有了——也可以利用蒸汽泵来继续保持冷却。

除了水之外还有其他的冷却剂吗?

基本上水就足够了。反应堆的储水池会容纳一定量的水,在纯度和化学物质构成方面适用于反应堆核心。如果情况特殊,“普通水”也行。

为何核电站需要电力来进行冷却?

核反应堆是被设计来提供网电的。它们产生的电力远远大于自身系统运行需要的电力。在美国,作为一项基础设计,核电站实际上不是自身供电的。这种设计是故意为之,因为我们不愿意看到因为核电站发生问题导致失去自身用电的情况发生。因此,为电厂运行供电的主要手段是网电。对于美国的核电站来说,通常情况下,如果不能利用网电,就会被关闭。

什么情况下备用柴油发电机会故障?

老问题总是有可能发生。这就是为什么要准备多部柴油发电机。可能发电机自身没有问题,但配电系统或者电缆出现匹配问题,结果柴油发电机产生的能量不能被核电站使用。在这种情况下发电机是不会工作的。我们说柴油发电机故障的时候,并不一定说明是发电机自己出现了问题。

冷却一座核反应堆需要多长时间?

视乎设计情形而定。对这个问题最简明的回答是核管理委员会对紧急动力供应的法规要求,必须能保持一个月的应急动力。在可行的条件下,可以在几个小时内关闭一座核电站。然而热量仍然在提高。如果在任何时刻停止排出这些热量,它们都会重新积聚。应急冷却系统必须持续运行数个星期。

原文链接:科学美国人网站: How to Cool a Nuclear Reactor

本文已发表于 果壳网 环球科技观光团

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