切尔诺贝利核灾再现?地下熔毁炉芯为何多年后复燃?
在1986年,乌克兰切尔诺贝利核电厂的灾难,让全世界都为之震撼。但最近几年,有一项惊人的研究发现,多年后,被熔化的核材料竟然重新激活。由于该现象对人们对于核灾难的认识提出了新的质疑,因此受到了国内外学者的广泛重视。
到底是什么造成核反应堆核心在数十年后又被重新点燃?切尔诺贝利事故的余波还会继续吗?
核废料在地下熔化过程中的变化
引发切尔诺贝利灾难的原因是核电站4号反应炉的设计有问题。这座基于 Soviet RBMK结构的核聚变堆存在着很多问题,最大的问题之一就是在常规操作过程中容易发生融化核废料泄漏。这个设计上的缺陷造成了核反应堆中不正常的升温,从而引起了一场灾难。
作业人员的过失也是造成这次意外的原因之一。那个时候,操作者在做一次测试时,违背了操作规程,而且还做了一些值得怀疑的动作。在测试过程中,控制棒的下落速率很慢,这造成了冷却液流量急剧降低,最后引起了反应器的过热。
核反应堆中的核燃料棒也扮演着很大的角色。在爆炸前,核反应堆的外层材料以铝材为主,但在较高温度下,铝材是一种极易腐蚀的材料。随着堆芯温度的升高,在堆芯中,铝质元素会与堆芯中的氧化剂发生化学反应,最后造成堆芯破裂。
在地下熔化过程中,核废料中的元素与冷却液的反应也与冷却液的选用有关。切尔诺贝利原本是以水为冷却介质,但为了降低核辐射的速率,人们向核辐射中注射了很多水。随着堆芯温度突然上升,水很快变成了水蒸气,并且形成了很大的压强。这样就会提高堆芯融化的危险,最后造成堆芯融化。
地下熔化核心升温
在切尔诺贝利核电厂发生的一次核泄漏事件中,由于堆芯中的核燃料积聚而引起了巨大的高温,从而引起了核电厂的严重破坏。当融化的燃油渐渐沉入地面时,它的温度就会很快升高。熔融岩心在埋藏过程中,由于其温度过高,会对周边土体及支护结构造成较大的应力,从而引起地基失稳、建筑物倒塌等一系列重大事故。
由于地底熔化炉内的温度升高,熔化的磷酸盐和水蒸气将产生强烈的反应,从而产生了巨大的氢气。当温度升高时,土壤中的磷元素也会以磷蒸气形式被蒸发。
如果磷水蒸气遇到氢气,就会产生磷和氢的混合液,成为一种极易燃烧的可爆炸气体。当能量达到某个临界值时,发生磷酸盐水蒸气爆炸,则会使事故更加严重。
切尔诺贝利核事件发生后,核子发生了爆炸并发生了大火,造成了核子燃料的融化与破坏。在地下熔化过程中,防护系统的不完善也是导致熔化过程中产生高温的一个主要因素。在那时候,核电厂的设计并没有想到核反应堆融化之后会发生什么,也没有采取有效措施,这就造成了更严重的问题。由于缺少相应的防护手段,导致了地下熔化炉内高温升高现象的加剧。
一种由核燃料和一种混合气所引起的化学反应引起的火情
在核能系统中,核燃料与冷却介质(通常为水)密切接触,而冷却介质经燃料棒循环,并对核燃料产生的热能进行吸附,从而保证了反应堆的平稳运转。但是,在切尔诺贝利发生的一次意外事件中,没有充分的制冷剂可以将核燃料在紧急关停期间所产生的热能带走。
在没有充分冷却的条件下,核燃料会快速变热,而在堆芯中,随着温度的升高,燃料棒将发生断裂,并与其他物质(如建筑物质、冷却液等)发生反应。它们之间的交互作用将会引起一系列的化学变化,从而引起火灾。
核燃料和水汽发生反应。在很高的温度下,堆芯表层就会裂开,并会放出一些东西,其中就有气体和水蒸气。在大气中,这种气体和水蒸气很快就会与氧发生作用,生成硝酸以及其他普通的氧化剂。该化学反应所生成的热能将使整个火势更快。
在高温下,由核废料中的元素(如铀和钛)与大气中的氧发生了化学反应,从而形成了一种金属氧化物。在较高的温度下,这种氧化物易于产生自然燃烧的化学反应,从而产生强烈的火焰。而在此基础上,还会加速核材料的氧化性与可燃性,使得火灾继续扩大。
燃烧中的燃料棒被分解并融化,使火焰更加猛烈。在核燃料中,由于温度过高及发生氧化反应,使其发生溶蚀并融化。在高温高压下,核能被分解并融化后,会产生大量的水珠和熔渣,它们具有很强的反应性和可燃性。当金属颗粒与其他物质(如建筑材料、冷却介质等)发生碰撞时,会引起更大范围的火灾。
切尔诺贝利灾难距今已经过去了几十年,但近来又有新的报道,显示地底深处的核反应堆核心被再次点燃,这引起了人们对核电站爆炸后果的担心与恐惧。尽管在核泄漏事件发生初期,我国已对反应堆进行了多项封闭处理,但因其特殊的地理条件以及长时间的放射性污染,仍有可能导致反应堆再起动。
这个研究结果为人们敲响了对核电安全的一个重大警示,同时也让人们对核电技术中存在的一些隐患无法完全忽略。我们必须对发展核电所遇到的问题持审慎态度,对核电的安全性进行更多的投入和研发。这是我们唯一能够保证使用核电不会引起更大灾难的方法。
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