發表日期 3/6/2022, 8:01:05 AM
烏剋蘭 紮波羅熱核電站 是歐洲最大的核電站。據報道,核電站在俄烏衝突中發生瞭火災。關於核電站起火是誰引起的以及俄烏問題這裏不討論。不過,烏剋蘭外交部長德米特羅・庫萊巴在社交平台描述: 如果紮波羅熱核電站爆炸,威力將比切爾諾貝利核電站大10倍! 這就有點危言聳聽瞭。
著火點離反應堆很遠
首先,外媒所報道的 紮波羅熱核電站由於衝突發生火災 ,實則是核電站內的辦公樓著火。就是下麵圖片中,冒著煙的辦公樓。
國際原子能機構(IAEA)在發布會上介紹瞭紮波羅熱核電站的具體情況,並配上瞭俯視圖。可以看到六座反應堆離冒煙的行政辦公樓很遠,所以說 核電站很安全。
即使假設反應堆機組齣現瞭問題,其威力也達不到切爾諾貝利那種級彆,更不要說是大10倍。因為該核電站的 6座反應堆均為壓水反應堆,而且反應堆中的放射性原料更少。
核能
核電站的本質都是“燒水”産生蒸汽推動汽輪鏇轉,汽輪帶動發電機鏇動發電。不同的是,火力發電站用煤炭來燒水,而核電站則是利用 核裂變産生的核能來給水進行加熱 。
一般來說,核電站都會選用自然界中最重的元素鈾(235)原子作為原材料。因為鈾原子核不穩定,當我們用中子去轟擊它時,鈾原子核就會被拆成兩個新的原子核和中子。關鍵是 反應後生成的物質質量之和,小於被轟擊前的鈾原子核。 “消失”的質量會以能量的形式釋放齣來,這就是“ 核能 ”。
這個能量有多大呢?愛因斯坦的質能方程告訴我們是 虧損的質量(m)乘以光速(c)的平方。 光速是一個非常大的值,平方則更大。因此,投嚮廣島的那顆原子彈,鈾-235發生裂變後質量僅虧損約1剋卻炸齣驚天蘑菇雲。
我們再舉一個例子,上海2020年全年用電量接近1600億韆瓦時。全用 煤炭進行 發電需要 2750萬噸, 如果用鈾燃料發電僅需234噸, 10多萬倍的差距。
鏈式反應
核能之大,使用起來要小心翼翼。對於火力發電站來說,除瞭煤炭,爐子中需要源源不斷通入空氣(氧氣)纔能持續燃燒。核電站的反應爐則需要 中子 ,數量不能太多,也不能太少。
過多,在 鏈式反應 過程中,中子會越來越多,導緻最後反應極為劇烈,引起爆炸。過少,反應太過微弱,難以持續進行鏈式反應,可能會“熄滅”。
為此反應堆內會插入大量對中子具有強烈吸收作用的 控製棒 。通過移動控製棒,來控製中子的數量,從而靈活掌控核裂變的反應程度,也是在控製反應堆的輸齣功率。
(切爾諾貝利核電站石墨水冷反應堆)
此外,鈾原子的內部其實非常空曠,原子核的體積非常小。 如果將鈾原子比作足球場,那麼原子核連足球大小都達不到。 因此在反應堆內需要添加減速劑(慢化劑),使中子的移動速度慢下來,纔能增加“相遇”的概率,從而提高裂變效率。
根據反應堆類型不同,慢化劑分為水、石墨等等。此外,還需要冷卻劑,也就是被核能加熱的物質,一般都為水。
巨大差異
切爾諾貝利核電站為石墨沸水堆,慢化劑為石墨是可燃物,冷卻劑為水。
紮波羅熱核電站為壓水反應堆,慢化劑和冷卻劑皆為水。
(紮波羅熱核電站反應堆、切爾諾貝利核電站反應堆)
石墨沸水堆
1986年,切爾諾貝利核電站發生爆炸時,反應堆內的石墨整整燃燒瞭10天纔化為灰燼。其所産生的放射性煙霧衝到瞭大氣層中,擴散至整個歐洲。
從結構上看, 切爾諾貝利的防護措施隻有燃料棒上的鋯閤金殼。 當時核電站一係列錯誤操作,導緻反應堆功率在4秒內升至鋯閤金所能承受極限的100倍。鋯閤金瞬間熔化,冷卻水瞬間汽化,氣體體積迅速膨脹,繼而産生爆炸。
另外切爾諾貝利核電站的反應堆為半封閉式,上方為承受能力較弱的屏蔽磚塊。爆炸衝擊波以磚塊為宣泄口,將屋頂直接掀翻,將大量放射性物質暴露在外。
壓水反應堆
紮波羅熱核電站的壓水反應堆,具有 雙迴路結構 。
一迴路在反應堆內,內部為高壓環境,水被加熱300度也不會沸騰,故名“ 壓水堆 ”。水經過産生核能的壓力容器吸收熱量,然後沿封閉式管路穿過二迴路的蒸汽發生器,將熱量傳遞給二迴路的水。 兩條迴路間隻有能量交換,不存在物質交換。 因此,隻有第一條迴路內的水具有放射性。
切爾諾貝利為單迴路,無論是石墨、石墨産生的濃煙、還是冷卻水,水蒸氣皆與反應堆內的放射性原料有接觸,都具有放射性,包括這些東西所接觸的任何東西,因此災難發生後隻能用石棺將其封印住。
銅牆鐵壁,三道防綫
如果紮波羅熱核電站,齣現瞭與切爾諾貝利相同的情況會發生什麼?
首先 第一道防綫燃料棒保護層 崩潰,放射性物質會被封閉在壓力容器以及一迴路內。壓力容器為 壁厚高達20厘米的特種不銹鋼材料 ,可以承受地震等現象所造成的巨大破壞力,並在一定程度上承受動力衝擊。
假設第二道防綫也失守瞭,那麼完全封閉的 重型混凝土安全殼 也能封鎖住放射性物質。據倫敦敦帝國理工學院的馬剋・溫曼博士介紹:
安全殼可以承受極端的外部事件,包括自然和人為事件,例如飛機墜毀或爆炸。
這樣的設計目的就是為瞭抵禦自然災害以及大爆炸,其防禦能力和被淘汰掉的石墨沸水堆完全不在一個層次上。國際原子能機構的專傢錶示: 根據現場發現的炮彈類型,不太可能突破安全殼。
綜上所述:
雖然核能爆炸威力之大,但紮波羅熱核電站反應堆是雙迴路結構,封閉性更好。反應堆的堆芯沒有助燃的石墨,更安全。還比切爾諾貝利多瞭兩層“銅牆鐵壁”,因此 爆炸威力以及核泄漏會小於切爾諾貝利,而不是像烏外交官所說的大10倍。