核反應(yīng)堆發(fā)生堆芯熔毀的原因和危害以及事故范例

2021.05.12

堆芯熔毀（英語(yǔ)：meltdown），又稱為核熔毀或熔毀，是核反應(yīng)堆因無法及時(shí)冷卻而熔化造成的損毀。堆芯熔毀后可引發(fā)具有放射性的物質(zhì)外泄，影響人類及其他生物的健康。在核電站中，堆芯熔毀穩(wěn)定化系統(tǒng)（Core Melt Stabilization System）會(huì)用來減緩堆芯熔毀的影響，并確保核心保護(hù)殼的完整性。

核反應(yīng)堆

核泄漏雖也可指使用核動(dòng)力的航海器具（如潛艇或航空母艦等）所發(fā)生的災(zāi)害，不過一般是指用核電站內(nèi)發(fā)生的核熔毀事件，例如切爾諾貝利核事故與福島第一核電站事故。

堆芯熔毀的原因可能有以下幾種：

1、反應(yīng)堆冷卻劑的冷卻能力異常降低或喪失（核電站冷卻劑喪失事故）

2、應(yīng)對(duì)堆芯異常的輸出上升時(shí)，緊急停止（控制棒完全插入以緊急停機(jī)）失敗

3、堆芯發(fā)生異常過渡變化

4、大地震、重量物落下等造成堆芯受損（包括被覆管因高溫而脆化受損的情況）

5、冷卻水的回路受阻造成冷卻能力降低

核反應(yīng)堆

其中最主要是核反應(yīng)堆的冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或因外界因素自動(dòng)停止運(yùn)作，即使控制棒已插入爐內(nèi)，核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱也會(huì)將累積在爐內(nèi)，將水燒干。當(dāng)燃料棒所包覆的鋯錫合金（Zircaloy）因爐內(nèi)溫度過高而達(dá)到兩千多度的熔點(diǎn)時(shí)，便可能使反應(yīng)堆燃料棒中的核燃料如氧化鈾外泄出燃料棒。

堆芯熔毀的危害

爐內(nèi)的水沸騰后所形成的高溫水蒸氣與鋯錫合金接觸時(shí)，會(huì)分解出氫氣：

Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2↑

當(dāng)氫氣無法排出而累積，與空氣混合后，則可能會(huì)發(fā)生氫氣爆炸而損壞壓力容器及圍阻體。

堆芯熔毀之后果可能是放射性物質(zhì)逸出反應(yīng)堆壓力容器，甚至是圍阻體。

沒有破壞圍阻體的核泄漏所發(fā)出的輻射導(dǎo)致的危害大多遠(yuǎn)比核武器的小，但若圍阻體損壞，對(duì)鄰近土地的長(zhǎng)期污染很有可能遠(yuǎn)超過核武器爆炸。這是因?yàn)楹穗娬緝?chǔ)存的燃料及核廢料量遠(yuǎn)超過核子彈，而且核子彈爆炸時(shí)已經(jīng)將大部分的燃料給反應(yīng)掉，因此原子彈的污染在短期內(nèi)就會(huì)降低到可接受程度，而核電站嚴(yán)重事故釋出的污染物質(zhì)，不但數(shù)量龐大，也有數(shù)萬年以上的半衰期。

另外，核泄漏雖然不一定總會(huì)引發(fā)核災(zāi)害，但已是已知核能應(yīng)用上的最大安全及環(huán)保隱憂。