核物质是如何泄漏的,福岛泄漏了多少放射性物

2019-10-29 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(181)

福岛核危机观察(3)

福岛核危机观察(5)

日本福岛这次核物质泄漏事件集中发生在第一到第四机组。这四个机组都建在海边。图一显示的是这些机组事故发生前的情况。图二显示的是机组内部核反应堆的结构。图二右边是反应堆的压力外壳,由混凝土构造,可抗高温高压。

4月11日日本政府宣布将福岛核事故的等级从开始的5级调高至最高级7级。报道称大约有3.7×10^17 Bq 的放射性物质已经从核反应堆泄漏。大家都比较关心的是这一数据到底可靠性如何?

3月11日地震引起的海啸摧毁了核电站的电力系统,而备用的柴油发电循环冷却系统也因为道路阻断,耗尽了柴油之后停止运行。裂变产物产生大量的热能无法被带走,机组反应堆核心的温度很快就超过了1200摄氏度。在这样的温度下,核燃料棒外壳中的金属锆与水发生反应

首先我们可以估计的是福岛核电站核燃料的总量。福岛四个机组的发电功率除1号机组为46万千瓦之外,其余均为78万千瓦。考虑到热能发电的效率一般有30%,那么这四个机组的总装机容量应有940万千瓦。前面提到每一次铀原子核裂变可产生200百万电子伏特的能量,经换算可得,每1000千瓦的装机容量发一天电需要消耗1.1克的铀-235。核电站的反应堆一般一次装入可供发电18个月的核燃料,那么这四个机组里面应至少有5.7吨左右的铀-235。商业用核燃料一般含有5%的铀-235,18个月之后铀-235的含量会下降到1%,所以福岛核电站这四个机组中核燃料的总量(铀-235和铀-238)应有140吨左右。

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核电站使用的燃料在成份上与核武器中的核材料有很大差别。核武器中铀-235的含量可占90%以上。一枚核武器根据其威力大小可以装入几十到几百千克的铀-235。从这方面看,福岛的一座核反应堆约相当于十到几十枚裂变核武器的含铀-235的量。

从而产生了大量的氢气。这些气体和高温高压的水蒸汽一起,破坏了压力外壳上的阀门,进入到了压力壳上方的机组操作空间(图二左)。据估计有总量约1000 公斤的 氢气 溢出,高温的氢气马上和空气中的氧气剧烈反应,形成爆炸。这就是我们在新闻中看到的核电站机组爆炸的情形。图三显示了氢气爆炸之后机组的情况。

那么,这是不是就意味着核电站的泄漏相当于在当地爆炸了几十颗原子弹呢?我们还应该考虑这两种情况里裂变反应速率以及放射性物质扩散机制的差别。

奥门金沙手机娱乐网址 ,这种爆炸是完全不同于核武器产生的爆炸的。我们不必担心这会不会是第二个广岛长崎。我们从氢气爆炸可以推断的是,核燃料棒的外壳已经部分融毁,反应堆压力外壳也已经出现缝隙,核物质的泄漏是不可避免的。

虽然说都是处于“超临界状态”,但核电站反应堆中裂变链式反应的速率远远小于核武器中反应速率。在反应堆中,我们可以通过多种手段将链式反应的速率限制在可控的范围内。而且一遇紧急情况,那么反应堆条件也会发生变化,不再满足超临界状态,链式反应停止,放射性裂变产物也就不会继续产生了。假设海啸发生时,福岛核电站的四个反应堆已经持续在940万千瓦的水平上运行了200天,燃料棒中积累的放射性物质应该在10^20 Bq左右。事故发生后,因为有燃料棒的外壳、反应堆压力外壳的保护,再加上一些放射性物质本身就有低扩散性,所以并不是所有的放射性物质都泄漏出来。事实上,这次核电站并没有像切尔诺贝利那样有持续燃烧的大火,放射性泄漏应该在一个比较低的水平。假设有1%的物质泄漏,那么总量应该在10^18 Bq。这与日本政府公布的数据比较吻合。

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而在原子弹中,原子核裂变的链式反应是瞬时的,不可控的,而且所产生的放射性物质在爆炸巨大的威力下,完全地释放出来。假设一颗原子弹装有100千克铀-235,其中的10%参与了链式反应,裂变产物的有效半衰期为40天,那么所产生的放射性物质将有10^19 Bq左右,而且这些物质都将散布在空气中。所以说,实际上历年来各国进行的核武器试验(尤其是空爆实验)所造成的环境问题要严重得多。

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