Language
Country/Area
No result found
福島核災的教訓：如何有效應對失去冷卻劑的危機？
失去冷卻劑事故（LOCA）是核反應爐的一種故障模式。如果不加以有效的管理，LOCA可能導致反應堆核心損壞。因此，各核電廠特別設計了應急核心冷卻系統（ECCS）來應對這個問題。由於核反應堆內部產生熱量，冷卻系統的運作對於移除這些熱量至關重要。
如果冷卻劑流動減少或完全喪失，核反應堆的緊急停機系統會設計成停止核裂變鏈反應。
然而，儘管如此，由於放射性衰變，核燃料在反應堆關機後仍會持續產生相當大的熱量。普通情況下，反應堆從滿功率停機時產生的衰變熱相當於反應堆熱能力的5%至6%。如果ECCS的所有獨立冷卻系統未如預期運作，這種熱量可以使燃料溫度上升至損壞反應堆的程度。
若反應堆內仍有水存在，該水可能會煮沸，並從管道中噴出。
因此，核電廠配備了壓力操作的釋放閥和備用的冷卻水供應系統。在某些類型的反應堆，如氣冷式反應堆（AGR）、RBMK、Magnox及武器生產反應堆中，如果存在石墨和空氣，石墨可能會著火，進而擴散放射性污染。這些情況的最終結果可能導致核熔毀的發生，並造成嚴重後果。
所謂的“中國症候群”是指這一過程的極端情況：熔融物質有可能向土壤水位深入，但根據目前對核裂變反應的理解和經驗，熔融物質會在未能進一步散熱之前變得過於不穩定而不能繼續發熱。在切爾諾貝利災難中，反應堆的核心確實熔融，然而核心材料的發現分布在地下，過於分散而無法繼續發生鏈反應，但仍然非常具放射性。
某些反應堆設計具有被動安全特徵，可以防止在極端情況下發生熔毀。
例如，圓球床反應堆在燃料發生極端溫度變化的情況下能承受相當大的挑戰。加拿大重水反應堆（CANDU）擁有兩個大型低壓水庫—重水調節器及輕水蓄水罐，這些充當熱匯。令人氣憤的是，氫氣調節自我調節核能模組的化學分解能藉由去除氫的調節劑使得裂變反應停止。
在運行狀況下，某些反應堆在失去冷卻劑或水煮沸的情況下能夠被動地增加或減少其功率輸出。這是通過冷卻劑空洞係數來衡量的。大多數現代核電廠擁有負的空洞係數，這意味著水一旦變為蒸氣，功率就會立刻下降。除外的情況是蘇聯的RBMK和加拿大的CANDU。在某些情況下，現代反應堆已被設計來預防和抵擋冷卻劑的喪失，無論其空洞係數是什麼，使用的技術各不相同。
一旦發生冷卻劑喪失事故，必須快速進行救援和補救措施，闡明有效應對至關重要。
以福島第一核電廠災難為例，其原因即是發生了LOCA事故，亦因為為冷卻泵提供電源的電路故障，直接導致反應堆核心失去冷卻。這一失輔成為導致三次核熔毀和三次氫爆炸的核心因素。
爐心包覆材料大多採用鋯合金，因其耐腐蝕性及低中子吸收截面而成為材料選擇。然而，鋯合金的缺點在於，當溫度過高時，鋯合金會氧化，並與水蒸氣發生一種能量釋放的反應，這導致氫的產生，進一步加劇了事故的嚴重性。
鋯合金燃料包覆管的破裂行為對反應堆的穩定運作至關重要。
因此，相關進一步研究需要對鋯合金基底進行塗覆以提高其抗氧化性。在某項研究中，研究者使用了Ti2AlC MAX相材料對Zirlo基底進行塗覆。結果顯示，該材料的硬度和彈性模量都顯著提高，並在高溫氧氣環境中表現出良好的抗氧化能力。
福島的事故令人痛心，但它所帶來的教訓必須被深入探討與反思。未來的核能發展應該如何加強安全措施以防止類似事件重演？
