果壳网：地震时，核电站如何阻止核泄漏？

朴犷者老实做

（作者:糖豆果壳网特约作者2011-03-15 16:59:28）

[导读]日本地震发生后，关于核电站的动态一直是被紧密关注的对象：受到影响的核电站中13座已紧急关闭，而有两座核电站（福岛核电站和女川核电站）还是引起了恐慌。那么，在地震中，核电站是怎样自我保护的？目前日本核电站所面临的问题又是如何引起的？

朴犷者老实做

地震是怎样影响核电站的？


        由于资源贫乏，日本主要使用核能发电。在这个狭长的岛国各地分布着55个核电站，其中有15个分布在这次地震的影响区域。而日本又处于4个地质板块的交界处，是地震的多发重灾区。如果地震强烈到能够干扰反应堆芯的程度，就有可能引发核泄漏。


        地震对核电站的影响主要有两个方面：一是用于保护核反应堆的厂房建筑结构完整性，二是反应堆芯的温度。当温度过高时，核反应堆堆芯就会开始熔毁。堆芯熔毁后，会向包裹它的外壳空间释放放射性的蒸汽和其他放射性物质。核泄漏——这一听上去就恐怖的名词就是接下来要发生的事情。所以，将反应堆芯温度维持在恒定范围内的冷却系统尤为重要。


        当然，这些是核电站的设计建造人员所熟知的，他们为核电站集成了保护措施，用于保护强烈地震可能会造成的反应堆芯熔毁。


具体有哪些防护措施？


        第一道防线：震波感测器。震波感测器通过检测PGA（peak ground acceleration，峰值地面加速度）值来工作，PGA代表在地震时感测器所在地面受力的大小。它用来感应即将发生的地震，并即刻将核反应堆关闭，阻止其温度变得过高。


        世界上的大部分电站是被设计为耐受0.2g以下PGA的。当检测到的PGA值超过这一数字，感应器就会向反应堆发出报警，将其强行关闭。一般来说，6级以上的地震就会产生超过0.2g的PGA，但是震级并不是决定PGA的唯一因素。


        举例来说，阿拉斯加曾发生过9.2级地震，其震源深度为23km，产生的PGA是1.8g。而前不久的新西兰地震震级在6.3以下，震源深度却只有5km，就产生了2.2g的PGA。目前仙台地震的震级是9级，震源深度24km，它的PGA值是0.82g。


        据《新科学家》报道，当震波感测器发出警告后，在核反应堆停止反应的同时，紧急制冷系统也开始启动，使核反应堆芯的温度尽快降低。


“当核电站关闭时，控制棒将插入堆芯，从而瞬间停止链式反应。但是核反应堆仍然处于高温状态中，冷却系统仍需工作。”


引起恐慌的两座核电站到底发生了什么？


        大多数受到影响的核电站都及时关闭，并以最小的影响得到了控制，而其中两个却遭受到了比较严重的打击。受地震影响最大的是福岛核电站，强烈的地震和随之而来的海啸危及了电力系统。当核电站关闭后，本该有标准和备份冷却系统来对反应堆芯进行冷却，但是海啸却吞没了一切，堆芯的温度依然很高。All Things Nuclear网站对此给出了详细解释：


        当地时间3月11日下午3点41分，东京电力公司宣布： 由于故障原因， 3个发电机组完全丧失供电能力。这是一场出乎意料的大规模海啸，海水摧毁了所有的柴油发电机组。


        电力系统崩溃给核电站造成的最坏结果是“全厂断电”事故，意味着网电供应丧失以及现场应急电力故障。发电厂需要交流电来保证用于控制冷却系统的发动机、阀门和机械的运转。如果所有的交流电供应都中断了，用于冷却反应堆芯的手段就变得极为有限。


        福岛核电站的反应堆属于沸水式反应堆，现在保护它的是反应堆芯隔离冷却系统（RCIC）。系统使用蒸汽作为动力，但是阀门和使系统生效所需要的控制器等仍要求电力供应。在“全厂断电”的情况下，系统使用紧急电池供电。


        如果电池在交流电源恢复之前衰竭，RCIC就会停止向反应堆芯注水，由于蒸发，核反应堆芯的水位便会下降。水位降至一定程度后，堆芯温度将不可避免地过高，最终堆芯将会熔毁：堆芯将会熔透钢材质的反应堆外壳，这将从反应堆外壳向包裹它的外部建筑发出大量放射性物质。”


        宫城县女川核电站（很接近震中）的事故则是涡轮发电机组起火，这并没有对核反应堆造成直接威胁，但起火事件的确产生了更多的热量和蒸汽。这或许是引发险情的潜在风险。幸运的是，报道称火已被扑灭，目前核电站处于安全状态。


        这次的核电站冷却系统故障仍然是一个棘手的问题。让我们共同为受灾的日本人民祈福。