核電廠之所以特別重視冷卻系統

作者: litcurler ( ) 看板: Gossiping
標題: Re: [爆卦] 福島一號機
時間: Sat Mar 12 17:29:04 2011

不會核爆，但會融毀。

輕水式核電廠(包含沸水式BWR/壓水式PWR)所使用的核燃料，鈾235濃度最多只有4%，
反觀用做原子彈的95%，要讓核電廠爆炸的話直接裝C4會比較快。

對一座核電廠而言，首要議題就是將燃料產生的熱自反應爐心中移出。
核電廠和其他電廠不同處在於，其它電廠將燃料自爐心移除後就不會有熱繼續產生，
而核電廠則會有"衰變熱"持續的產生。

(衰變熱指分裂產物在衰變中放出的熱量)

故核電廠在關機後瞬間，仍會有約7%額定功率的熱量持續產生
(亦即額定功率1000MW，關機後仍會有70MW的熱量產生)

這是核電廠之所以特別重視冷卻系統的主要因素之一。

在正常狀態下，就是將冷水送入，帶走的熱變成水蒸氣送出，推動渦輪機進行發電。



在非正常狀態下呢??

1.從電力提供部分:

  核電廠內部機組件(如儀控、幫浦)的電力來源，平時靠自身發出的電力提供；
  緊急狀態時，則改由外部電力提供，以及電廠內備援發電設備支援。
  前者依賴電力網，後者則依賴儲備量多寡。
  現狀是地震(可能)導致對外電力網損毀，外面的電進不去，
  而備援發電裝備支撐不到備援電力源抵達.....

2.從冷卻系統部分:

  如前所述，這是核電廠最重視的部分，故對於"爐心冷卻水供應系統"的設計方針，

  向來就是"多樣性及相互支援"，所以取水點、幫浦、儲水槽、電源、管路、蓄水池
  至少都有四套且能交叉支援，這一大套系統統稱為"ECCS"
  (Emergency Core Cooling System)

  接著，承1.，驅動幫浦的電源如果只剩下廠內備援電力...

  導致爐心冷卻水不足的一個重要因素是發生了LOCA(Loss Of Coolant Accident)，
  最嚴重的情況是主飼水系統(Main Feedwater System)管件破裂，
  使得爐內的水從破口處流出(設計上都是從底部注入)。


  另外，爐心本身就有極高的壓力，在發生LOCA以後，
  補充額外的冷卻水還要額外考慮水會不會因為壓力過大而無法注入

  地震的強烈震動會對飼水管路造成毀滅性影響 -> LOCA -> ECCS
  新聞提到ECCS無法作動已經是非常緊急狀態了...

  又，依據電廠不同，壓水式反應器在主迴路部分額外多了餘熱移除系統
  (Residual Heat Removal)、高/中/低壓注水系統，
  (High/Medium/Low Presseure Injection System, HPIS,MPIS,LPIS),
  大致上也算在ECCS裡面。

3.從輻射外洩部分:

  沸水式反應器整體迴路輻射劑量值會比壓水式高是因為水和燃料棒接觸後，
  將輻射劑量帶到核島區(nuclear island)以外的區域所導致.

  承1.2.，爐心壓力過大是因為過多的水蒸氣被困在裡面，
  所以進行氣體釋放是為了保持爐心結構體完整性的必須措施。
  而在釋放到外界之前，所有的氣體都會統一收集、過濾、靜置，
  確保對外界無害後才會進行排放。


  反應器核心如果毀損了就會導致4.

4.從爐心融毀部分:

  承1.2.3.
  水不足以冷卻燃料棒時，首先會發生反應度上升，局部過熱現象，
  該處燃料護套(fuel cladding)的溫度會開始上升。 (->嘗試增加注水量)

  水位逐漸下降。此時燃料護套溫度過高，可能導致護套結構完整性損毀
  (->啟動ECCS、嘗試插入控制棒、解決LOCA)

  水位低於燃料棒頂點時,由於水蒸氣導熱性比水還要差很多，所以產生的熱會反映在
  燃料護套上，護套融解。此時由於溫度過高，水還沒碰到護套表面就變成水蒸氣了，
  增加了冷卻的困難度。

  水位嚴重低於燃料棒時，護套融解，燃料丸(fuel pellet)外露，此時核心會脫落，
  掉入爐心底部。若殘餘在爐心底部的水仍舊不足，則這團東西(已經全部都是熔融態)
  會繼續融穿爐心底部的鋼筋水泥，掉入最底下的大水池。
  (就是在2.提到的蓄水池,只是冷卻水的一個備用來源)
  若這些水仍舊無法冷卻，則會繼續融穿電廠下方結構體(圍阻體)，進入更下方的大地。

  不過，設計上是這樣子，基本上不會放任這團東西這樣子發展。
  (這樣做的話這塊土地之後數萬年都報銷了)

  假設決定棄廠，則會啟動硼酸注入系統。亦即在水裡面加入高濃度的硼酸，
  或是廠內噴灑高濃度硼酸溶液。硼酸是極有效的中子吸收劑，
  把用來產生分裂/衰變反應的中子全部吸走，沒有中子->沒有熱量->方便冷卻。

5.從周遭環安部分:

  核電廠在選址時就有至少方圓3km(隨著演進，可以縮到只有3km)的安全區域規定
  (safe zone)。如果發生緊急事故，則必須至少撤退到3km以外的距離。
  (考量氣態輻射產物隨風移動的漂移距離)
  對米國而言，要找到"到地平線彼端都沒住人"的地方很簡單，
  但對地狹人稠的國家而言則是非常困難，所以平日宣導演練就變得很重要。


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