連鎖反應/結構與安全/核事故如何進行/曝露

核電廠的結構與安全性

目前台灣的發電用核子反應爐,可分為「沸水式」【圖10】與「壓水式」【圖11】兩種。利用核子分裂產生的能量所造成的熱蒸氣,透過發電機運轉發電。「壓水式」的核子連鎖反應產生的熱量,被加壓到約160個大氣壓力(一次冷卻水),經爐心連結到蒸汽產生器,再經由熱交換後變成約50個大氣壓力的水蒸汽(二次冷卻水),透過汽渦輪室帶動發電機發電,這與火力發電廠是相同的發電方式。

一次冷卻水(沸水式沒有一次及二次冷卻水的區別)除了傳達熱量以外,還有以下任務,當鈾的原子核遭到中子衝擊後,原子核就會開始分裂,此時速度慢的「熱中子」比較容易引起連鎖反應。因此需要減緩分裂出來的中子速度,利用在水分子(H2O)中的氫原子較為方便,氫原子的原子核重量大約與中子相同,因此在中子衝擊後可以有效的降低運動速度,具備此任務的材料叫做減速劑。

    在爐心流動的水兼具冷卻與中子減速雙重用途,讓原子爐具備「自己控制型」的安全性。如果發生反應爐核分裂急速激烈時,熱膨脹及在水中形成的水蒸汽泡沫,會降低減速劑(水)的密度,降低了中子減速的效率時,也會對連鎖反應加加以控制。如果發生一次冷卻水管路破裂,讓爐心的水完全喪失時,中子因為沒有水來減速,核分裂本身會自動停止。但是由核燃料產生的大量衰變熱,必需以系統將熱量移除出來。

    核子反應爐的事故會造成人類社會巨大的災難,因此為可能發生的事故設置種種的安全保護設備。例如對喪失冷卻水有緊急爐心冷卻裝置(ECCS),以及如果反應爐容器或冷卻水管路遭到破壞時,能夠防止輻射物質大量洩漏到廠外的圍阻體,但是人為操作的過程中無法保證萬無一失;而且管路機械有發生故障的機會,核發電廠內隱藏巨大的危險,因此需要假設最惡劣的狀況隨時會發生。

【圖10】沸水式核子反應爐

【圖11】壓水式核子反應爐

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