堆芯熔化堆芯

堆芯是反應(yīng)堆的心臟，裝在壓力容器中間。它是燃料組件構(gòu)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(jié)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(yīng)堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水（冷卻劑）?？刂瓢粲勉y銦鎘材料制成，外面套有不銹鋼包殼，可以吸收反應(yīng)堆中的中子，它的粗細與燃料棒差不多。

堆芯熔化：當(dāng)堆芯喪失余熱載出手段后，堆芯開始升溫，隨著溫度的逐漸上升，包殼首先熔化，然后控制棒解體，進而燃料芯塊熔化、下移，造成堆芯支撐結(jié)構(gòu)失效和堆芯解體。

盡管壓水堆核電站嚴(yán)重隱患的初因事件有上百個,但導(dǎo)致堆芯熔化的過程及熔化后的在安全殼內(nèi)的行為過程都是基本相同的,只是序列進展時程不同而已。嚴(yán)重隱患發(fā)展主要過程如下:主冷卻劑管道發(fā)生破口或冷卻不足導(dǎo)致安全閥排放,導(dǎo)致堆芯冷卻劑流失,如果堆芯得不到充足的冷卻劑補充,則堆芯將全部裸露。由于堆芯失去冷卻，堆芯余熱無法導(dǎo)出，燃料溫度不斷升高，控制棒、燃料包殼和支撐結(jié)構(gòu)首先出現(xiàn)熔化，隨后燃料開始熔化并且向下坍塌，堆熔混合物隨著下柵板及下支撐板的失效掉入下腔室，隨之壓力容器底部裸露燒干，隨后將下封頭熔穿，堆熔物掉入或噴射到堆坑，與堆坑內(nèi)的水作用產(chǎn)生的大量水蒸汽、不凝結(jié)氣體和放射性氣溶膠進入安全殼內(nèi)，隨后堆熔物與混凝土底板發(fā)生作用，堆坑底板及徑向發(fā)生熔蝕，并釋放出大量不凝結(jié)氣體。由于不凝結(jié)氣體中可燃氣體的存在，并在安全殼內(nèi)大空間不斷積聚，濃度不斷上升，可能發(fā)生燃爆威脅安全殼的完整性。同是不凝結(jié)氣體不斷的積聚，最終可使安全殼超壓失效。

（1）堆內(nèi)構(gòu)件影響流動和熔化噴射；

（2）碎片殘骸和水在下腔室相互作用,導(dǎo)致碎片分裂成更小的微粒；

（3）新的碎片對下腔室己經(jīng)形成的碎片床的直接碰撞；

（4）碎片床,水和壓力容器之間的熱量和質(zhì)量傳遞；

（5）熔化的固體碎片繼續(xù)形成熔融池外殼,阻止熔融池外殼穩(wěn)定性；

（6）水在固體微粒碎片中的蒸發(fā)以及化學(xué)反應(yīng)；

（7）下封頭可能熔穿或失效。

把多根控制棒組成棒束型，用來控制反應(yīng)堆核反應(yīng)的快慢。如果反應(yīng)堆發(fā)生故障，立即把足夠多的控制棒插入堆芯，在很短時間內(nèi)反應(yīng)堆就會停止工作，這就保證了反應(yīng)堆運行的安全。

堆芯熔化三里島事故

美國三里島壓水堆核電廠二號堆于1979年3月28日發(fā)生的堆芯失水而熔化和放射性物質(zhì)外逸的重大事故。這次事故是由于二回路的水泵發(fā)生故障后，二回路的事故冷卻系統(tǒng)自動投入，但因前些天工人檢修后未將事故冷卻系統(tǒng)的閥門打開，致使這一系統(tǒng)自動投入后，二回路的水仍斷流。當(dāng)堆內(nèi)溫度和壓力在此情況下升高后，反應(yīng)堆就自動停堆，卸壓閥也自動打開，放出堆芯內(nèi)的部分汽水混合物。同時，當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)壓力下降至正常時，卸壓閥由于故障未能自動回座，使堆芯冷卻劑繼續(xù)外流，壓力降至正常值以下，于是應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)自動投入，但操作人員未判明卸壓閥沒有回座，反而關(guān)閉了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)，停止了向堆芯內(nèi)注水。這一系列的管理和操作上的失誤與設(shè)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(yán)重事故。在這次事故中，主要的工程安全設(shè)施都自動投入，同時由于反應(yīng)堆有幾道安全屏障（燃料包殼，一回路壓力邊界和安全殼等），因而無一傷亡，在事故現(xiàn)場，只有3人受到了略高于半年的容許劑量的照射。核電廠附近80千米以內(nèi)的公眾，由于事故，平均每人受到的劑量不到一年內(nèi)天然本底的百分之一，因此，三里島事故對環(huán)境的影響極小。

堆芯熔化日本核事故

A、福島第一核電站

一號機組：冷卻系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，反應(yīng)堆部分發(fā)生“堆芯熔化”，已排出蒸汽，在當(dāng)?shù)貢r間2011年3月12日的爆炸中建筑部分損壞，已向該反應(yīng)堆注入海水。

二號機組：冷卻系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，反應(yīng)堆部分發(fā)生“堆芯熔化”，反應(yīng)堆燃料棒一度完全暴露在水面以上，已排出蒸汽，當(dāng)?shù)貢r間2011年3月14日三號反應(yīng)堆發(fā)生爆炸，導(dǎo)致二號反應(yīng)堆建筑部分損壞，2011年3月15日反應(yīng)堆外安全殼部分受損，可能發(fā)生“堆芯熔化”現(xiàn)象。

三號機組：2011年3月13日，反應(yīng)堆喪失冷卻功能，可能已出現(xiàn)“堆芯熔化”。之后采取釋放蒸汽及注入海水措施。2011年3月14日發(fā)生氫氣爆炸，導(dǎo)致該反應(yīng)堆廠房部分受損。2011年3月15日檢測到該反應(yīng)堆附近輻射量增高，2011年3月16日該反應(yīng)堆區(qū)域冒出白色煙霧，反應(yīng)堆安全殼存在毀壞的可能性。

四號機組：地震發(fā)生時反應(yīng)堆正在進行維護檢修工作，2011年3月15日起火，可能是反應(yīng)堆乏燃料儲存池發(fā)生氫氣爆炸，無法觀測到乏燃料儲存池水位。16日放置反應(yīng)堆的廠房起火，無法注水冷卻該反應(yīng)堆。

五號、六號機組：地震發(fā)生時正反應(yīng)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(yīng)堆乏燃料的水池溫度輕微上升。

B、福島第二核電站

一號、二號、三號機組：地震后冷卻系統(tǒng)自動停止運轉(zhuǎn)，喪失冷卻功能，后經(jīng)采取措施，已進入穩(wěn)定的“冷溫停止”狀態(tài)。

四號機組：已進入“冷溫停止”狀態(tài)。