連鎖反應/結構與安全/核事故如何進行/曝露

核子事故會如何進行

    事故的開始,最嚴重的是一次冷卻水管路的洩漏或破損,反應爐失水後過熱並發生爐心熔毀,例如三哩島的事故︰二次冷卻水泵的故障,蒸汽汽渦輪室或發電機的故障,或二次冷卻水的洩漏等,如果與一次冷卻水喪失同起發生時,事故將會更擴大。

    反應爐內是高溫高壓的環境,一旦有管路破洞爐內的冷卻水便會急速喪失。雖然缺水後核分裂會停止,但是燃料丸會繼續產生衰變熱,燃料棒溫度會因此不斷的上升,此時緊急爐心冷卻裝置(ECCS)需要在30秒內把水送到爐心,但同時會形成另一個發熱原因「鋯─水反應」。

燃料棒表面由鋯合金製成,當燃料棒被加熱到1,000℃以上時,在爐心充滿的水蒸汽會與鋯開始反應,產生大量的熱與氫氣,在1,090℃以上時,這種反應的熱量會與衰變熱的熱量相同,並促使爐心的再加熱,燃料丸產生膨脹終致燃料棒破裂,「死灰」便會洩漏到壓力容器中,更會由破損的管路洩漏到圍阻體中。

    在燃料棒表面進行「鋯─水反應」後,雖經冷卻水急速冷卻,卻會導致燃料棒的崩損,碎片會塞住冷卻劑的管路,更會妨害冷卻過程。又「鋯─水反應」產生的氫氣會在反應爐壓力容器中及圍阻體內聚集,不但會提高容器中的壓力而且會有爆炸的危險。

    當爐心冷卻進行不順利,導致發生「鋯─水反應」而繼續加熱時,爐心的溫度會提高到核燃料(二氧化鈾)的融點2,800℃,而熔毀成整塊。如果整個爐心熔毀成為整塊,重量可達200公噸以上。自管路破裂到發生爐心熔毀,時間大概是10∼60分,熔毀的爐心由於表面積變小,要把它冷卻是不可能的。此種巨大熱量將會熔穿反應爐容器底部,並貫穿到反應爐外殼底部的鋼筋水泥後,更會陷落到地層,同時會把大量輻射物質散佈在大氣中。

其次說明爐心輻射物質經由何種途徑排放出到大氣中,如果反應爐外殼堅固,應該不會讓大量輻射物質跑到外面,一旦發生爐心熔毀時,當熔穿壓力容器甚至圍組體時,接觸到在地下水時,會產生水蒸汽爆炸;或是由「鋯─水反應」產生的氫氣也會爆炸,將使核子反應爐容器破裂,其碎片可能更會破壞圍阻體外殼,隨即輻射物質大量外洩。

同樣的爆炸在圍阻體內也有可能發生,當圍阻體內產生各種不容易液化的氣體時,所產生的超高壓力也能破壞反應爐外殼,為了對應此種狀況的發生,設置圍阻體內的噴霧裝置,以冷卻蒸汽溫度降低內部的壓力,讓氣狀的輻射性物質沈降在圍阻體底部。包括緊急冷卻裝置等的安全設備,在萬一核電設備發生事故時,能有效地動作,就能左右核災嚴重與否的重要條件。

    包含在反應爐內的輻射物質形形色色,如氙及氪等稀有氣體,因不會與其他元素結合,大概全部會外洩至大氣中;對人體尤其危險的碘131等因為爐心的破壞而形成微粒子塵埃(10-6M以下),與蒸汽結合後,大半會排放至大氣中;銫與碲的沸點不高,各為690℃與1,390℃,一半以上將會排放出到外面;其他排放出量較多的是鋇與鍶,如鈽等非揮發性的氧化物,比較容易沈降在電廠的附近。

核二廠如果電源全失,將在79分鐘內發生爐心熔毀1996年2月間,核能研究所以電腦模擬當核電廠的電源完全喪失時:

 

     

經 歷 時 間

累 積 時 間

 

 

當冷卻水供應中斷

44分10秒

 

 

 

燃料棒裸露

18分07秒

1小時02分17秒

 

 

燃料棒產生「鋯─水反應」

12分29秒

1小時14分46秒

 

 

燃料棒開始熔毀

3分53秒

1小時18分39秒

 

 

水位降至燃料棒底端,爐心底板溫度上升

28分08秒

1小時46分47秒

 

 

爐心底板被熔穿

40秒

1小時47分27秒

 

 

反應爐聯外管路被熔穿,輻射物質開始大量外洩

 

分析程式:三哩島事故後,各國聯合發展出來的「整合性嚴重事故分析程式」

結論:台灣一但發生核子事故,後果比三哩島事故更嚴重。

    就算反應爐能在爐心熔毀之前搶救成功,並且順利停機,但是在停機後1,000秒時,衰變熱仍能達全功率的2%,在1天之後減至0.8%,如果無法有效將衰變熱移出反應爐,一樣可以再次發生爐心熔毀的結果。另外造成重大核子事故的廠外電源喪失時,緊急柴油發電機必需在10秒之內完成發電程序,才可以維持電廠控制系統的運作(如上表)。

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