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熔融核燃料的成分揭秘：為什麼它看起來像熔岩？
在核電廠的反應爐核心發生熔毀事故時，一種名為「熔融核燃料」（Corium）的物質便會形成。這種物質的外觀有些類似熔岩，實際上它由核燃料、裂變產物、控制棒、以及質量結構材料的混合物等組成。那麼，熔融核燃料的成分究竟為何，背後又隱藏著什麼樣的科學原理呢？
成分與形成過程
熔融核燃料的熱量主要來自核鏈反應，但更多情況下是燃料棒中裂變產物的衰變熱。在熔毀過程中，核燃料內部的熱量會迅速產生，並由產生熱量的多種同位素的短半衰期來提供。這樣的熱源以及熔融材料的種類和量，會影響熔融核燃料的溫度，一旦進一步形成的熱量高於其環境的散熱能力，便會導致熔融核燃料的持續存在。
一旦累積的熔融核燃料達到足夠的溫度，它可熔化混凝土，進而進一步加深熔化的程度。
熔融核燃料的化學反應
熔融核燃料的組成會受到反應爐設計的影響。以壓水反應爐（PWR）與沸水反應爐（BWR）為例，這兩者在接觸水時，會導致不同的化學反應。例如，BWR中的鍺鋼（Zircaloy）會與水反應，最終產生氧化鍺和氫氣，氫氣的產生在核事故中是一個主要的危險。熔融核燃料中某些金屬的熱反應也會持續產生巨量的氫氣。
反應爐容器破裂
在缺乏足夠冷卻的情況下，當反應爐材料過熱，便會塑性變形。如果此時反應爐的容器底部受到熔融核燃料的加熱，就會導致其結構性失效。在反應爐正常運行中，均能防止熔融核燃料的流失，但一旦破裂，熔融材料將以液態從容器底部流出。
若冷卻水的量足夠，則有可能在熔融核燃料的表層形成一部份固化層，從而減少進一步的損害。
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，會發生一系列的化學反應，並且釋放出水蒸氣和二氧化碳。這些氣體會進一步和熔融材料中的金屬反應，生成氫氣和一氧化碳。在這樣的過程中，熔融核燃料會逐漸分解混凝土並相互反應。
特定事故中的案例研究
三里島事故
在三里島事故中，核反應堆核心熔毀的情況下，約41,900磅的材料在兩分鐘內熔化後重新定位，形成了一個熔融核燃料的池。儘管存在著危機，然而這次的熔融沒有導致反應爐的直接破裂。
切爾諾貝利事故
切爾諾貝利事故中，熔融核燃料的數量更是驚人，形成的熔融物質經過數個階段後，最終在反應堆结构底部凝固。這些物質不僅包含了反應堆的燃料，還包括了混凝土和其他材料，釋放出大量的放射性物質。
整個系統的失效不僅讓人驚懼，也徹底改變了人們對核能的認知與應對策略。
透過對熔融核燃料的深入了解，科學家們不斷試圖設計更安全的反應爐系統，以及如何在面對熔墩情況時進行有效的應急處理。然而，對於這樣的事故，我們還能做什麼來降低未來潛在的風險呢?
