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主题：【原创】日本核反应器图解（上）基础知识 -- 圣火
家园 【原创】日本核反应器图解（上）基础知识 最近最热点的新闻当然要算日本核电站的事故，本人生物男一个，虽然对事态的进展十分关心，但看新闻也好，专家的评论，总是有种各行如隔山的感觉。报导的十分只能懂个三四分。新闻里一会儿这个反应堆氢气爆炸，一会那个又过热，但看了两三天对核电站情况到底有都坏，什么样的情况才是最坏的情况还是云里雾里。正好看到cnn有个图片视频专辑，看了总算明白多明白了几分，试着翻译加小解说一下，英文好的河友可以直接去网站上看，http://www.cnn.com/interactive/2011/03/world/interactive.nuclear.japan/index.html?hpt=C1。 本人是外行，英语水平也有限，如有不对的地方进尽量指出，这里先谢了。
反应器的结构图. 这里没有把水画出
外链图片需谨慎，可能会被源头改反应器基础知识
现在世界上有几种不同类型的核反应堆（nuclear reactors），其中主要包括沸水反应堆和压水反应堆系统。在福岛反应堆采用的是沸水反应堆系统。下面是沸水反应堆如何工作：
在核反应器的核心是反应罐（reactor vessel，也称压力罐），一个注满水大型钢罐。它里面含有一个3.6米长的燃料棒（fuel rods，图中红色）。燃料轴由锆合金外包，而里面含有放射性燃料颗粒。这些燃料颗粒通常是浓缩的铀235，并不具配产生核爆炸能力。 现在的1，2，4 号反应堆应该都是浓缩的铀235做为燃料。
福岛3号反应堆使用的是毒性更强的混合氧化物（MOX燃料）的燃料棒，它含有的铀和钚的混合物。钚的毒性比铀要大很多，这个也是为什么日本政府特别关心3号反应堆的原因。至于为什么要用MOX而不是浓缩的铀235，那可能与日本人想发展核武器的野心有关了。所以这次日本人的事故即是天灾，又是人祸。
燃料棒以一种垂直网格的模式被放入入反应堆, 燃料棒组成的垂直网格也被称为核心（core，）。核裂变，或原子分裂，就开始了。由于每个原子的分裂，它散发出的热量和辐射形成大量的能源量。它也对其他原子发出自由中子，造成这些原子的裂变而导致链式反应。
控制轴(control rods，图中蓝色)能吸收中子控制这种链式反应。当控制轴插入燃料棒，中子被吸收，反应减慢。当控制杆被移去，反应增加。
正常工作的流程
链式反应的速度的燃料温度除了控制轴同时也由反应器里的水来控制（反应罐里注满了水）。如果反应被适当的控制达到一个的平衡点称为“临界”，在其中产生的热量保持不变。由核反应产生的热量烧开了反应器中的水（所以叫沸水反应堆系统），把水变成蒸汽。这流出的蒸汽通过蒸汽管输送到反应器外来转动涡轮并为发电机发电。
蒸汽然后前往蒸汽冷凝器单元。里面压缩机工作冷却蒸汽，将其变回水并重新被泵回反应罐来控制反应器温度和反应速度。
家园 砖家的话还是要听而思考为妙 AV国的核事故发生后从开始的如何挽救反应堆到后来如何减少核污染,不少砖家纷纷露脸你刚唱罢我出场,抛出不少论点.特别是在污染物的数字对人体伤害上都是很严肃的告诉媒体前的屁民,要不就是那只是照一次X光的量要不就是只相当飞行一次的自然辐射量,粗听的确有理,可仔细一想不对啊,有哪个大哥会24小时抱着X光机拼命的亲热,或者哪个大侠跟超人样在天上飞来飞去不停歇?特别在面对无盐以兑的恐慌中也大声的告诉屁民们核物质对盐不会有污染,对此我没轻信而是看看我上初中的三防教材,上面明确的告诉大家被放射物照射过的盐是具有感应放射性的,因为盐有钾和钠,而所有金属在核污染区域都将具有感应放射性而应该抛弃.
家园 日本核反应器图解（下）事故到底会有多坏 国际原子能总署（IAEA）制定了国际核事件分级和放射严重程度。
外链图片需谨慎，可能会被源头改切尔诺贝利事故是7级，最高水平，代表了“重大事故”。当然7级基本上就好像是围棋中的九段一样。李昌镐最巅峰时期也是九段，但你不一定非要达到李昌镐水平才能被封九段。同样，7级事故也不一定和切尔诺贝利齐平才能叫7级。
、
1979美国三里岛核电站事故被列为5级“有广泛影响的意外”，它的情况是安全壳还完整，尽管核心融化了，但放射性对环境和周边居民没有实际性影响。周边居民受到的放射性剂量，相当于每年多一次胸透。
日本的核能与工业安全局开始将坚持将福岛事故的危机级为4级“本地的意外”，这里的本地应该是严指电站本身，这两天终于扛不住将级别上升到5级。当然比起同样5级的三里岛这次的危机从目前的情况来看，至少4号机组在没有安全壳、压力容器的保护下，污染物质直接进入大气，情况是要严重的多。
那这次福岛的辐射到底到什么程度呢？
辐射是看不见，摸不到，感觉不到的。现在的手段基本不可能直接测量一个人在事故中已经吸收辐射照射量。当你看到人们拿着像盖格计数器 ，他们测量的污染，一般是指当时实际的放射性粒子的量。
有四种主要类型的电离辐射：
-α粒子：比较重，无法穿透人体皮肤或衣服上，但吸入和吃入可能是有害的。
-β射线：可引起皮肤损伤，和对身体的内部有害。
-伽玛射线：高能看不见的光，可以破坏组织，最危险。
-X射线：也是高能量看不见的光，可以破坏组织，也非常危险。
各级辐射暴露：
-一个普通的人受到来自天然辐射每年约3.1毫希。
-普通美国的人通常会受到一年6.2毫希，来源于天然和医疗诊断程序及其他人造辐射源。
-胸部透视提供了约0.02毫希的辐射剂量。
-CT扫描对腹部辐射提供了约8毫希。
-日本官员说，他们之间测量反应堆第3号和4号辐射率高达每小时400毫希。
元宝推荐：爱莲, 通宝推：njyd,- -- 系统封号 --。偏要看
家园 美国和欧洲减少修建核电站的原因很多 可以说安全性不是最主要的原因,主要还是化石燃料价格下降和石油危机的结束让核电站变得缺乏价格竞争力.
这些年欧美都酝酿修建新的核电站,也正是因为这几年的石油价格大涨.
家园 Alpha粒子是由两个中子和两个质子构成的，相当于 He4电离后的产物，如果被挡下来应该就不会再有问题。应该是会释放alpha粒子的物质进入人体内部才是有害的。
使用电磁波可能比使用光好一些，特别是这些远离可见光谱的东西，毕竟很少有人会把微波之类的视为光，尽管有时有人用光一词代指所有的电磁波。
吸收剂量和等价剂量之间其实还是有区别的。使用吸收剂量的单位的数据应该不是简单使用盖革计数器测量的结果，尽管仪器的原理上差不多。
“部分崩溃”这个用法很奇怪，特定术语吗？一般的说法应该是堆芯熔毁，Core meltdown？
家园 原文中用的是partial meltdown 已经将文中改为“部分熔毁”，应该更为恰当点。
家园 一般认为每年受多少照射以下是安全的？ 家园 一般是100毫希弗，日本这次提高到250毫希弗 不然救灾的人刚进去就要出来了
家园 毫还是微? 我现在已经晕了
- 复 毫还是微?
家园 毫 10 Sv - Risk of death within days or weeks
1 Sv - Risk of cancer later in life (5 in 100)
100 mSv - Risk of cancer later in life (5 in 1000)
50 mSv - TLV for annual dose for radiation workers in any one year
20 mSv - TLV for annual average dose, averaged over five years
Threshold Limit Values＝TLV
20 mSv - TLV for average annual dose for radiation workers, averaged over five years
1 mSv - Recommended annual dose limit for general public (ICRP - International Commission on Radiological Protection).
家园 日本核反应器图解（中）崩溃和爆炸 熔毁和爆炸
只要在控制棒能够控制的连锁反应和冷却水不断被泵入反应器，反应器将运行在一个安全的温度。但是，如果在核反应或反应器温度失去控制 ，系统崩溃就可能发生。燃料棒通常运行在一个760摄氏度的温度。如果温度升高到1200度并持续一段时间，燃料棒可被损坏。如果温度继续上升，最终燃料棒外面所包的锆合金就可能融化。这种融化会释放大量的辐射，甚至汽化核心。高温也可能损害的反应罐和周围的控制系统。如果这些系统被突破，放射性物质可能会被释放到周围的环境。
在日本和美国，在反应罐（或叫压力罐）外还用厚的钢筋混凝土和容器再套一个壳。这个封闭系统的设计，可以防止放射性物质被释放到周围环境中。 1986年，在苏联切尔诺贝利核电站遭受了部分熔毁，导致爆炸。切尔诺贝利在反应罐外没有钢密封系统，所以被释放放射性物质直接排入大气。 在宾夕法尼亚州三里岛核电厂在1979年遭受了部分熔毁。三里岛核电厂有一个钢密封系统，在事故中仍然完好无损。所以，在该事件中放射性物质释放是微乎其微的。
地震和海啸时，福岛核电厂的6个反应堆由于检查已经关闭了三个（4，5，6号）。剩下的三个反应器，在地震后的几秒钟内也被自动关闭。即使是完全插入控制棒，以减缓链式裂变反应停止，反应器内的温度仍非常高。这就是所谓的衰变热（decay heat），这要在未来的几个月，甚至几年内用冷水来防止过热和可能融化反应堆的燃料。
当地震发生和福岛核电厂反应堆关闭后，水泵失去了动力。应急的柴油发电机组开始驱动水泵。然而，紧随其后的海啸破坏了柴油发电机。然后唯一驱动水泵只有紧急电池电源，电池持续8小时之久（有报道称只有1小时）。在水泵失去电力之后，厂里的工人就没有什么有效的办法来冷却反应堆防止燃料的融化。
下图中显示了反应堆（1，2，3号）现在可能的情况。虽然控制轴已经插入在燃料棒中（蓝色和红色交错的核心区域），但水位由于水泵失去电力下降而把核心暴露出来，这时虽然核反应已经停止，但衰变热由于没有水的循环而散发不出，导致反应器内温度和蒸汽的压力升高。50人的敢死队已经人工将蒸汽的阀门打开所以压力反应罐暂时不会像切尔诺贝利一样爆炸。由于蒸汽是和燃料棒中放射性物质直接接触，所以反射性的污染开始被检测到。
外链图片需谨慎，可能会被源头改目前还不清楚到底发生了什么，但可以肯定的是，第一次爆炸发生在在1号反应堆上（周六3月12日）。第二次爆炸发生在3号反应堆（3月14日周一）。第三次反应堆发生爆炸在2号反应堆在3月15日。 虽然这些爆炸对外面的房屋造成重大损害的，目前还不清楚具体钢筋混凝土外壳是否遭受的任何损失。 日本官员说，在三个反应堆的爆炸可能是由高度易燃氢气的积累。美国有线电视新闻网的一个特约研究员表明，在反应堆燃料外包的锆合金可能破裂。锆可以与水反应生成氧化锆和氢气。当发生这种情况，氢气通过通风装置排出（我不知道在没有电力的情况下氢气如何被排出-圣火）。由于氢气排出，遇到在周围空气中的氧气，两者可以产生了爆炸。
另一种理论认为，辐射会导致反应器中的水分解成氢气和氧气。通常情况下，这些气体将被带走了重新合并，将它们变成水。但是，随着循环水缺乏，氢积累直到通风装置将它排出到反应器建筑面积的顶端。当足够的氢建起来了，发生爆炸。
在地震和海啸袭击时，还有三个反应堆是关闭的（4，5，6号）。在这三个反应堆中，问题最大的目前是4号。日本官员说，周二（3月15日），在4号反应堆废核燃料棒的存储池发生大火。周三（3月16日）东京电力和电力官员报告了第二场火在相同的反应器的东北角发生。
第4号反应堆在在地震中由于检查而关闭但废核燃料仍储存在存储池。这些燃料棒由于已经报废，所以没有存在于钢筋水泥封闭系统中。但由于衰变热的原因，还是需要水来降温。一旦水蒸发干了，燃料棒的温度还是会升高，引发的大火更是可能直接将反射性物质排放到空气中去。
四号反应堆的情况
图中黄线包围的是压力反应罐外围的混凝土外壳，而红圈里是核燃料存储池，现在是由水盖满来降温。可见存储池没有太好的保护措施。
外链图片需谨慎，可能会被源头改将上图中红圈部位放大，美国专家认为存储池里水已经干了，废弃的燃料轴（不止一个燃料轴）都直接接触空气是引发大火的原因，而且由于没有钢筋水泥封闭系统的保护，反射性物质极易排放出去，这也是美国人做出撤出50英里决定的重要原因。
外链图片需谨慎，可能会被源头改家园 氢气被排出可能是通过蒸汽管自动排出的 按我的理解，正常情况下，水蒸汽通过蒸汽管到发电机，推动涡轮转动。这些水蒸汽应该是高压，否则没法推动。出事故的时候，压力罐内产生的氢气积聚到一定程度，应该可以象水蒸气一样的从蒸汽管出来到涡轮机。也许这个管道断裂了，所以氢气就可以从这里泄露出。放射性物质估计也是从这里泄露出来。