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你知道嗎？熔融核燃料在核事故中如何形成？
熔融核燃料（Corium）是核反應堆核心在核事故中形成的一種物質，通常被稱為燃料含量物質（Fuel-Containing Material, FCM）或類似熔岩的燃料含量物質（Lava-like Fuel-Containing Material, LFCM）。它的組成類似熔岩，混合了核燃料、裂變產物，以及來自控制棒的材料和反應堆結構材料，當這些材料與空氣、水、蒸氣等反應時，還會生成其它化學反應產物。此外，如果反應堆容器破損，熔融的混凝土也會成為這些材料的組成部分。
熔融核燃料是一個涉及複雜物理和化學過程的結果，其形成過程涉及到反應堆運行時的多種條件和反應。
熔融核燃料的組成與形成
熔融核燃料的形成過程開始於核反應堆內部的高溫。儘管放射性衰變熱是主要的熱源之一，但核鏈反應引起的熱量也可能是導致熔融的原因。隨著時間的推移，放射性衰變產生的熱量會迅速減少，這主要是因為短半衰期的同位素在初期提供了大部分的熱量。
熔融核燃料的溫度高度依賴於其內部熱生成動力學，影響其熱量損失的多種因素，包括材料類型、熔融的混合物的比例以及環境熱損失的情況。
熔融核燃料的溫度可以高達2400 °C，甚至在某些情況下可能超過2800 °C，這對反應堆的結構和安全性構成了極大的挑戰。
化學反應與組成變化
熔融核燃料的具體成分會根據反應堆的設計類型而有所不同。比如在沸水反應堆（BWR）中，控制棒的材料與水發生反應，會生成硼酸和甲烷等化合物。對於壓水反應堆（PWR），反應的產物則有所不同，這直接影響到熔融核燃料的化學組成。
在熔融過程中，溫度的上升導致燃料棒的變形，若壓力過低，將引發控制棒包覆的破裂。
反應堆容器的破裂
在缺乏有效冷卻的情況下，反應堆內的材料會過熱並變形。在溫度達到結構材料的熔化點後，反應堆的結構容易發生故障，熔融核燃料隨之累積至反應堆容器底部。若此時適當冷卻，熔融的核燃料可能固化，將損害限制在反應堆內部。
熔融核燃料與混凝土的互動
當熔融核燃料與混凝土接觸時，會發生熱分解反應，進一步氧化熔融核燃料中的金屬，並產生氫氣和一氧化碳等氣體。這一過程是吸熱反應，與熔融核燃料的熱動力學相互影響，可能導致蒸汽爆炸等危險事件。
熔融核燃料和混凝土的互動至今仍然在研究中，各種潛在的情境與結果都需要謹慎考量。
特定事故案例分析
三哩島事故
在三哩島核事故中，反應堆的慢性部分熔融，形成了聚集在反應堆容器底部的熔融核燃料。儘管熔融核燃料存在，但容器未發生破裂，研究人員從熔融物中獲得了樣本，這些樣本顯示出異常的物理特性。
切爾諾貝爾事故
切爾諾貝爾事故是已知熔融核燃料量最大的事件。事故發生後，熔融物質滴落至反應堆底部，並在那裡形成了名為「大象的腳」的著名物質。這些熔融物質的組成複雜，包含核燃料、控制棒材料和混凝土等多種物質。
熔融核燃料的形成與安全風險問題密切相關，在未來，核能技術是否能夠克服這些挑戰，以保證人類的安全，是一個值得深入思考的問題嗎？
