& d8 u7 d& F8 e. |" m 我读了自从地震发生以来的所有新闻报道。可以说几乎没有一篇是准确或是无误的(当然也可能是因为地震发生之后在日本的通讯问题)。关于“没有一篇是无误的”,我并不是指那些带有反核立场的采访,毕竟这在现在也挺常见的。我指的是其中大量的关于物理和自然规律的错误,及大量对于事实的错误解读——可能是因为写稿子的人本身并不了解核反应堆是如何建造和运营的。我读过一篇来自CNN的3页长度的报道,每一个段落都至少包含一个错误。 4 V% W6 z- r) e* i9 ~( r # t9 ~1 {! g) A 接下来我们会告诉大家一些关于核反应堆的基本原理,然后解释目前正在发生的是什么。 5 c$ H g1 A9 r* G
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福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆”(Boiling Water Reactors),缩写BWR。沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅类似。核燃料对水进行加热,水沸腾后汽化,然后蒸汽驱动汽轮机产生电流,蒸汽冷却后再次回到液态,再把这些水送回核燃料处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是250摄氏度。 ; U0 i) F; Q& a. d( r/ G8 k) V& K
% Z$ F0 a8 l# z c) X 上文提到的核燃料就是氧化铀。氧化铀是一种熔点在3000摄氏度的陶瓷体。燃料被制作成小圆柱(想像一下就像乐高积木尺寸的小圆柱)。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金(熔点2200摄氏度)制成的长桶,然后密封起来。这就是一个燃料棒(fuel rod)。然后这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元,接着这些燃料单元被放入反应堆内。所有的这些,就是一个核反应堆核心(core)的内容。$ v) Z0 r3 b* R1 ]* o
. b7 |% J" E: J' l- G. O8 T 锆锡合金外壳是第一层护罩,用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。 7 z2 v* f% m9 C0 f8 B- z# k, w + C ^ n6 |7 O/ L 然后,核心被放入“压力容器”中,也就是我们之前提到的蒸汽压力锅的比喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大锅,设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心降温措施恢复前,压力容器起到一定的保护作用。5 h1 c, C4 t0 W/ h; o
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一个核反应堆的所有的这些“硬件”——压力容器,各种管道,泵,冷却水,被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的,用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩的设计,建造和测试只是为了一个目的:当核心完全熔融时,将其包裹在其中。为了实现这个目的,在压力容器(第二层护罩)的下方,铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗,这一切都在第三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核心熔融,压力容器爆裂(并且也最终融化的话),这个大碗就可以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料能够向四周铺开,从而实现散热。 0 H+ Z$ h5 s X! ^4 T: W: |1 Y H4 D; Q; M
在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将各种风吹雨打挡住的外壳(这也是在爆炸中被毁坏的部分,我们稍后再说)。5 R& y: j; h5 h- J( k q1 T
" |1 P9 Y( s2 J; w9 M 福岛第一核电站1号机确实是通用电气的Mark I型沸水堆。新闻里露出钢筋的部分是最外部的厂房,里面的安全壳应该没事。, F" \4 Y7 f7 J( M
/ H$ J( L2 \* x' M* O/ j& n; O 核反应的一些基本原理- T! y4 I/ K* E% W% I( e; l Q
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铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子,这样就产生热量及中子(构成原子的一种粒子)。当中子撞击另外一个铀原子时,就触发分裂,产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。 而现在的情况是,当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热,然后在45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是,在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困难的(不信你们可以去问问伊朗)。当年切尔诺贝利的情况是,爆炸是由于大量的压力积攒,氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩,接着将大量的融化的核心挥洒到了外界(就像一颗 “脏弹”)。这样的情况为什么在日本没有发生,及为什么不会发生,请继续看下面。$ [- k$ }. ?3 V0 D0 i; A
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为了控制链式反应的发生,反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子,从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的:当一切正常运转时,所有的控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量(并转化为蒸汽和电力),并且在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。; `/ W/ \, b2 d+ R
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而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后,核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止,但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品,比如铯和碘同位素,这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子,然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中,也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生(在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了),所以它们的数量会越来越少,然后在衰变结束的过程中,大约几天时间内,核心就会最终冷却下来。 % A/ N. f4 u( X7 J$ }' K6 R( U% Z1 N; ?+ O3 u U
目前让人头痛的就是这些余热。实如此,所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。这一切,无论我们看起来多么不可思议,但却是反应堆操作员的培训的一部分——从日常运营到控制一个要融化的核心。 * p8 k! S5 v; f
8 W m: M* E2 u" g& C Y9 v7 E于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最后,如果冷却系统无法恢复,核心就一定会融化(在几个小时或是几天内),然后最后一层防线——第三层护罩及护罩内的大碗,就将经受考验。 ; F! ~; g2 b" r3 ~) n