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1、一、前言及报告依据：2011年3月11日日本宫城县东方外海发生矩震级规模9.0级大地震，地震引发了巨大的海啸，重创了位于日本福岛县双叶郡大熊町及双叶町的福岛第一核电站，福岛第一核电厂因此有堆芯熔毁危险。在此次事故过程中，天灾不可避免，但外界除了对于日本政府反应的迟缓和对民众救援的不及时猛烈抨击以外，另一方当事人东电公司在事故发生的前期采取的一系列措施，是否真的妥当，是否真的有效也普遍受到外界的质疑，同时，在此次事件中我也深刻地感受到了民众们对于核电的不了解，因为不了解，造成了许多不必要的恐慌，根据自己平时所学的专业知识和了解到的一些情况，我们将对核电站的工作原理、东电公司采取措施的正确性进行一
2、番讨论，希望能为广大公众提供正确的知识参考和行动指导，避免不必要的社会恐慌。图1 发生氢气爆炸后的福岛第一核电站一号机组二、（沸水堆）核电站的工作原理：图2 沸水反应核电站基本工作原理图1.反应堆概述：从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种:轻水堆、重水堆和石墨气冷堆，轻水堆又分为压水堆和沸水堆，日本福岛第一第二核电站均采用的是沸水反应堆，所以我们在这里只重点讨论沸水堆的工作原理。2.基本工作原理：沸水堆是以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。自汽轮机系统的给水进入反应堆压力容器后，沿堆芯围筒与容器内壁之间的环形空间下降，在喷射泵的作用下进入堆下
3、腔室，再折而向上流过堆芯，在反应堆内，由于原子核由质子与中子组成，当235U的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出23个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的235U原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆堆芯熔化。导出的热量可以使水受热并部分汽化。汽水混合物经汽水分离器分离后，水分沿环形空间下降，与给水混合；蒸汽则经干燥器后出堆，通往汽轮发电机，做功发电。蒸汽压力约为7MPa。图3 沸水反应堆结构3.反应堆的组成：反应堆主要由活性区，反射层，外压力壳和屏蔽层组成。沸
4、水堆内产生蒸汽（补充知识：沸水堆内压力约为7 MPa，水呈气态，而压水堆中为了保持水呈液态，故压力为15.5Mpa，故称之为压水堆），并直接进入气轮机发电，与压水堆相比，无需蒸汽发生器，也没有一回路与二回路之分，系统特别简单，工作压力比压水堆低。然而，沸水堆的蒸汽带有放射性，需采取屏蔽措施以防止放射性泄漏。活性区又由核燃料，慢化剂，冷却剂和控制棒等组成。沸水堆属于轻水堆，它用普通水作慢化剂和冷却剂。核燃料裂变反应释放的快中子，慢化剂就是用来将快中子能量减少，使之慢化成为中子或中能中子的物质，以便维持反应堆中链式反应。福岛核电站采用轻水作为慢化剂，价格虽然便宜。但却有一个缺点,即产生辐照分解,出
5、现氢、氧的积累和复合（目前应用最多的固体慢化剂是石墨，其优点是具有良好的慢化性能和机械加工性能，小的中子俘获截面和价廉）。 而控制棒是在反应堆中起补偿和调节中子反应性以及紧急停堆的作用，核电站通过专门驱动机构调节控制棒插入燃料组件的深度，以控制反应堆的反应性，当福岛核电站检测到地震的时候，反应单元1，2和3号执行了自动关机程序，就是在紧急情况下则利用控制棒停堆（这时，控制棒材料大量吸收热中子，使自持链式反应无法维持而中止）。 为防护中子、射线和热辐射，反应堆周围一般都设置了屏蔽层。对射线屏蔽，通常选择钢、铅、普通混凝土和重混凝土。中子屏蔽需用有较大中子俘获截面元素的材料，通常含硼。有些屏蔽材料
6、俘获中子后放射出射线，因此在中子屏蔽外要有一层射线屏蔽。通常设计最外层屏蔽时应将辐射减到人类允许剂量水平以下，常称为生物屏蔽。核电站反应堆最外层屏蔽一般选用普通混凝土或重混凝土，福岛核电站里层采用了铅加混凝土，外层加钢制外壳的设计，可以说是比较牢固的和可靠的。三、福岛核事故前期处理及处理方式分析：1.反应堆关停：日本标准时间（JST）2011年3月11日14点46分，日本东北海岸发生9.0级地震。地震引发的海啸接踵而至，幸运的是，福岛第一核电站的1，2,3号机组在检测到地震时，顺利的执行了关停反应堆的程序，4，5,6号机组也早已停机检修。可见福岛核电站各机组对于应对地震时有所防备的，且这些防备
7、时较为准确有效的，对地震的检测是值得我们借鉴的。2.冷却系统故障：尽管地震没有给福岛核电站带来致命打击，但却使日本大部分电网断电，导致核反应堆的冷却系统无法正常工作，而核电厂内自配的柴油机又因为海啸被海水淹没而失效，备用电池只能维持8小时。在13小时内，其它电站运来了电池和移动发电机，发电机可以接到地下室的电源开关，但是当时地下室已被海啸淹没。可见，对于类似于福岛核电站这样的沸水反应堆，时时的循环水(或其他物质)带走热量是必须的，因为反应堆虽然在地震之后自动关闭，但反应堆内部的衰变热仍然是在不断产生的，正是这些热使循环水汽化推动涡轮电机才能发电，但如果循环水停止了，内部的衰变热散发不出去将会有
8、反应堆堆芯熔化的危险，堆芯一旦融化，温度上升比较快,产生氢气,就可能引发氢气爆炸。东电公司在这时想要通过核电站自身的冷却系统来冷却堆芯，理论上是正确的，但是却没有考虑到海啸带来的其他影响。3.外部冷却堆芯：在使用核电站自带冷却系统失效后，日本政府命令使用海水来尽力冷却反应堆可能会熔毁的堆芯并用硼酸为中子吸收剂注入于反应堆。在冷却系统失效之后，通过注入海水的确能够使反应堆在一定程度上得以冷却，但是由于海水不纯净，海水内部的杂质将有可能导致反应堆永久性报废，并非最佳的方法（相信日本人是不得已而为之），而之所以加入硼酸，是因为硼酸是一种大中子吸收截面的物质，在反应堆中主要是用来调节反应性用的，加入适
9、量的硼酸可以降低反应性，从而使裂变在可控范围之内，不至于使核裂变反应达到持续进行连锁反应的状态。因为核反应放出中子，作用于具有核裂变性质的铀或钚，如果达到一定的量而聚集在某一部位，就会成为临界状态，将会很快发生核裂变反应，如果这种反应失去控制，便会持续地放出放射性物质，则可发生所谓的临界事故，使周围人员的辐射剂量效应陡然上升，严重者短时间内死亡。所以加入硼酸减缓反应是正确的。4. 反应炉建筑物爆炸：由于安全系统的所有电源丧失，反应炉内水位降低，反应炉内由于衰变热温度急剧上升，曝露出来的核燃料氧化铀温度过热，燃料棒护套的锆锡合金与蒸气发生氧化反应而产生氢气。此时设备应该在排气的同时点燃氢气，避免
10、发生爆炸。但可能是因为断电而无法运作，这系统也失去功能。氢气泄漏出来之后，集中于建筑物上方的“更换燃料台”附近。这是整个建筑物最单薄的地方，是由金属皮建成的屋顶与墙壁，最终由于氢气爆炸而被炸毁。但并不是我们在网上看到的所谓的安全壳被炸毁（切莫以讹传讹，听信谣言），类似于切尔诺贝利核事故一样整个反应堆暴露在空气之中，排出大量放射性蒸汽，因为福岛第一核电站核反应堆有三层屏障：最里层是核燃料壳，第二层是压力容器，第三层是安全壳。福岛第一核电站的爆炸，是在核反应堆外发生的。其级别等级是四级，属于核电站内事故，但尽管是氢气爆炸，但仍有放射性物质泄漏，如铯和碘同位素。严格来说，这对人有一定损害，不过是及其
11、微量的，因为安全壳仍然完好，大可不必恐慌过度。所以我们可以看出，相对于切尔诺贝利核电站，福岛核电站的安全壳设计是起了很大的作用的，切尔诺贝利核电站修建时，正值美苏对抗，苏联急于求成，只在反应堆外加了石墨壳，当内部发生氢气爆炸时，石墨壳也被损毁，核反应堆整个暴露才释放了大量放射性物质，而福岛核电站的安全壳是钢板构成的，较为牢固的。不会有大量的放射性物质释放出来的。图4 反应炉建筑爆炸后的场面5. 乏燃料池临界：乏燃料池是核工厂贮存乏燃料的水池。所谓的乏燃料就是燃耗深度已达到设计卸料燃耗，从堆中卸出且不再在该反应堆中使用的核燃料组件(即乏燃料组件)中的核燃料。其中有未裂变和新生成的易裂变核素、未用
12、完的可裂变核素、许多裂变产物和超铀元素。虽然如此，但是乏燃料依然具有放射性，大地震发生时，福岛核电站的4号机正在进行定期维修，是处于关机状态。所有的燃料棒都被搬运到位于建筑物最上层的乏燃料池。在那里，乏燃料会被固定于“乏燃料架”。为了防止发生任何核反应，乏燃料架内部都含有硼元素。虽然这些刚刚烧过的乏燃料棒不再能用来发电，它们仍旧会产生很多的衰变热。到后来，因为氢气累积，乏燃料池附近发生爆炸，乏燃料池开始烧起熊熊大火，造成放射性污染，对外释放出很多乏燃料所含有的放射性物质。3月16日，东电宣布，公司相信乏燃料池已开始沸腾，这增加了暴露的乏燃料棒达到临界状态的可能性，临界发生后乏燃料池将持续地外泄
13、放射性物，此时的处理方法应和处理堆芯过热一样，使用海水和硼酸进行冷却以及减缓反应（由于乏燃料已经基本不存在利用价值，所以不用考虑海水杂质问题）。四、事故的评价及反思：福岛核事故给原本正在蓬勃发展的亚洲核电工业带来了沉重的打击（欧美等国已经减缓核电工业发展势头），给我们敲响了核安全的警钟，提醒我们不要就那么快忘记当年的切尔诺贝利事件造成的恶果，核能并不能像我们想象那样任由我们掌控，一旦失控造成的后果将是灾难性的，在这次事件中，从事件发生前地东电内部篡改安全数据，到事件发生后日本政府和东电公司因为这样或那样的利益原因动作迟缓，采取措施虽然正确但都错过了采取这种措施的最佳时机，造成了事故的不断恶化，刚开始我们都以为此次日本核事故只是一部灾难片，但却最后演变成一场灾难连续剧，受其危害的最终都是无辜的平民，我们不能把所有鸡蛋放一个篮子里，不能将未来的能源方向过多地依赖于核能，核能外表看似已经成熟，但是仍然不能保证是绝对安全的，在发展核能的同时我们也要积极开发更为有效，清洁，可行的能源，避免类似的悲剧的发生。五、参考文献：由于福岛核事件发生突然，目前态势也不够完全明朗（据说完全解决仍需要大约九个月），国内目前笔者能找到得相关论文较少，所查阅资料主要来自于网络所查阅的各方资料，在这里就不一一列出，主要来自于维基百科()，百度百科（），以及中国核电论坛（
