堆芯熔化

核反应堆温度过高、造成燃料棒熔化并发生破损事故

堆芯熔化(meltdown)是指核反应堆温度上升过高，造成燃料棒熔化并发生破损事故。失去冷却水后，堆芯水位下降，燃料棒露出水面，燃料中的放射性物质产生的热量无法去除，随后温度持续上升会导致这种情况。这是核电站可能发生的事故中最为严重的事态。

介绍

堆芯熔化：当堆芯丧失余热载出手段后，堆芯开始升温，随着温度的逐渐上升，包壳首先熔化，然后控制棒解体，进而燃料芯块熔化、下移，造成堆芯支撑结构失效和堆芯解体。

堆芯

堆芯是反应堆的心脏，装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样，燃料芯块是核电站“原子锅炉”燃烧的基本单元。这种芯块是由二氧化铀烧结而成的，含有2～4%的铀－235，呈小圆柱形，直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中，成为一根长约4米、直径约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，组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样，一座压水堆所需燃料棒几万根，二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此外，这种反应堆的堆芯还有控制棒和含硼的冷却水（冷却剂）。控制棒用银铟镉材料制成，外面套有不锈钢包壳，可以吸收反应堆中的中子，它的粗细与燃料棒差不多。

堆芯熔化的主要过程

尽管压水堆核电站严重隐患的初因事件有上百个,但导致堆芯熔化的过程及熔化后的在安全壳内的行为过程都是基本相同的,只是序列进展时程不同而已。严重隐患发展主要过程如下:主冷却剂管道发生破口或冷却不足导致安全阀排放,导致堆芯冷却剂流失,如果堆芯得不到充足的冷却剂补充,则堆芯将全部裸露。由于堆芯失去冷却，堆芯余热无法导出，燃料温度不断升高，控制棒、燃料包壳和支撑结构首先出现熔化，随后燃料开始熔化并且向下坍塌，堆熔混合物随着下栅板及下支撑板的失效掉入下腔室，随之压力容器底部裸露烧干，随后将下封头熔穿，堆熔物掉入或喷射到堆坑，与堆坑内的水作用产生的大量水蒸汽、不凝结气体和放射性气溶胶进入安全壳内，随后堆熔物与混凝土底板发生作用，堆坑底板及径向发生熔蚀，并释放出大量不凝结气体。由于不凝结气体中可燃气体的存在，并在安全壳内大空间不断积聚，浓度不断上升，可能发生燃爆威胁安全壳的完整性。同是不凝结气体不断的积聚，最终可使安全壳超压失效。

后续作用机理

（1）堆内构件影响流动和熔化喷射；

（2）碎片残骸和水在下腔室相互作用,导致碎片分裂成更小的微粒；

（3）新的碎片对下腔室己经形成的碎片床的直接碰撞；

（4）碎片床,水和压力容器之间的热量和质量传递；

（5）熔化的固体碎片继续形成熔融池外壳,阻止熔融池外壳稳定性；

（6）水在固体微粒碎片中的蒸发以及化学反应；

（7）下封头可能熔穿或失效。

防范措施

把多根控制棒组成棒束型，用来控制反应堆核反应的快慢。如果反应堆发生故障，立即把足够多的控制棒插入堆芯，在很短时间内反应堆就会停止工作，这就保证了反应堆运行的安全。

事故

三里岛事故

美国三里岛压水堆核电厂二号堆于1979年3月28日发生的堆芯失水而熔化和放射性物质外逸的重大事故。这次事故是由于二回路的水泵发生故障后，二回路的事故冷却系统自动投入，但因前些天工人检修后未将事故冷却系统的阀门打开，致使这一系统自动投入后，二回路的水仍断流。当堆内温度和压力在此情况下升高后，反应堆就自动停堆，卸压阀也自动打开，放出堆芯内的部分汽水混合物。同时，当反应堆内压力下降至正常时，卸压阀由于故障未能自动回座，使堆芯冷却剂继续外流，压力降至正常值以下，于是应急堆芯冷却系统自动投入，但操作人员未判明卸压阀没有回座，反而关闭了应急堆芯冷却系统，停止了向堆芯内注水。这一系列的管理和操作上的失误与设备上的故障交织在一起，使一次小的故障急剧扩大，造成堆芯熔化的严重事故。在这次事故中，主要的工程安全设施都自动投入，同时由于反应堆有几道安全屏障（燃料包壳，一回路压力边界和安全壳等），因而无一伤亡，在事故现场，只有3人受到了略高于半年的容许剂量的照射。核电厂附近80千米以内的公众，由于事故，平均每人受到的剂量不到一年内天然本底的百分之一，因此，三里岛事故对环境的影响极小。

日本核事故

A、福岛第一核电站

一号机组：冷却系统停止运转，反应堆部分发生“堆芯熔化”，已排出蒸汽，在当地时间2011年3月12日的爆炸中建筑部分损坏，已向该反应堆注入海水。

二号机组：冷却系统停止运转，反应堆部分发生“堆芯熔化”，反应堆燃料棒一度完全暴露在水面以上，已排出蒸汽，当地时间2011年3月14日三号反应堆发生爆炸，导致二号反应堆建筑部分损坏，2011年3月15日反应堆外安全壳部分受损，可能发生“堆芯熔化”现象。

三号机组：2011年3月13日，反应堆丧失冷却功能，可能已出现“堆芯熔化”。之后采取释放蒸汽及注入海水措施。2011年3月14日发生氢气爆炸，导致该反应堆厂房部分受损。2011年3月15日检测到该反应堆附近辐射量增高，2011年3月16日该反应堆区域冒出白色烟雾，反应堆安全壳存在毁坏的可能性。

四号机组：地震发生时反应堆正在进行维护检修工作，2011年3月15日起火，可能是反应堆乏燃料储存池发生氢气爆炸，无法观测到乏燃料储存池水位。16日放置反应堆的厂房起火，无法注水冷却该反应堆。

五号、六号机组：地震发生时正反应堆在进行维护检修工作，2011年3月16日观测，这2个机组装有反应堆乏燃料的水池温度轻微上升。

B、福岛第二核电站

一号、二号、三号机组：地震后冷却系统自动停止运转，丧失冷却功能，后经采取措施，已进入稳定的“冷温停止”状态。

四号机组：已进入“冷温停止”状态。

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