主题：转载 MIT科学家：为什么不用担心日本的核电站 -- hwd99

MIT科学家：为什么不用担心日本的核电站（译文）

译文 - 为什么不用担心日本的核电站

来源：http://www.v2ex.com/t/9714

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最近河里的关于日本核电站泄露问题的分析，看了让人感到很恐怖。这里转载一篇替日本辩护的科普文章。为了大家阅读方便，就不做引用处理了。

这是在网上看到的一篇关于目前日本核电站事态的解析文章，作者是 MIT 的研究科学家 Josef Oehmen 博士，其父在德国核工业具有深厚经验。

这篇文章从浅显易懂的角度解释了目前发生在 Fukushima 福岛核电站 1 号机的事态，对于解释其他机组的状况也有指导意义。

（文章认为解决了该反应堆冷却问题后，基本上不存在更严重问题了。但是，问题不仅仅是电源有问题，导致冷却系统出问题，更大的可能是冷却系统各个部分都有问题，如管道系统。因此，冷却问题的解决是难度相当大的，所以，此文发表以后，日本又有核电站反应堆发生爆炸，显然冷却系统不是简单的电源问题，此外，在海水中增加硼酸来吸收中子，这个作用恐怕很小，原因是海水是不断加入又流走的，加入量很大，又计算表明，每小时万吨以上，在海水中加少量硼酸是无用的，加多了，就是一项很大的工程了，还消耗很多硼酸。本人加评）

原文地址：

http://morgsatlarge.wordpress.com/2011/03/13/why-i-am-not-worried-about-japans-nuclear-reactors/

我试着翻译了这篇文章，但是因为时间仓促，加之我不是核工业方面的专家，如果文中出现科学和常识性的错误，在大家指出之后我会第一时间修正这篇译文。谢谢。

如果你要转载这篇文章，请注明其在 V2EX 的出处 http://www.v2ex.com/t/9714 ，因为我接下来会根据事态进展，继续更新这篇文章。希望对大家有用。

你可以通过电子邮件和我联系 [email protected]

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为什么我不担心日本的核反应堆

我在这里写下这些文字，是为了让大家对在日本发生的事情——核反应堆的安全问题，感到放心。事态确实严重，但是已经在控制范围内。这篇东西很长！但是你读完之后，你会比世界上任何记者都明白核反应堆究竟是怎么回事。

核泄漏确实已经发生，但是在将来不会有任何显著的泄露。

“显著泄露”大概会是个什么程度？打个比方说，可能比你乘坐一趟长途飞行，或是喝下一杯产自本身具有高程度自然辐射地区的啤酒，所受到的辐射要多一些。

我读了自从地震发生以来的所有新闻报道。可以说几乎没有一篇是准确或是无误的（当然也可能是因为地震发生之后在日本的通讯问题）。关于“没有一篇是无误的” 我并不是指那些带有反核立场的采访，毕竟这在现在也挺常见的。我指的是其中大量的关于物理和自然规律的错误，及大量对于事实的错误解读——可能是因为写稿子的人本身并不了解核反应堆是如何建造和运营的。我读过一篇来自 CNN 的三页长度的报道，每一个段落都至少包含一个错误。

接下来我们会告诉大家一些关于核反应堆的基本原理，然后解释目前正在发生的是什么。

福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆”（Boiling Water Reactors），缩写 BWR。沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅类似。核燃料对水进行加热，水沸腾后汽化，然后蒸汽驱动汽轮机产生电流，然后蒸汽冷却后再次回到液态，然后再把这些水送回核燃料处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是 250 摄氏度。

上文提到的核燃料就是氧化铀。氧化铀是一种熔点在 3000 摄氏度的陶瓷体。燃料被制作成小圆柱（想像一下就像乐高积木尺寸的小圆柱）。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金（熔点 2200 摄氏度）制成的长桶，然后密封起来。这就是一个燃料棒（fuel rod）。然后这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元，然后这些燃料单元被放入反应堆内。所有的这些，就是一个核反应堆核心（core）的内容。

锆锡合金外壳是第一层护罩，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。

然后核心被放入“压力容器”中，也就是我们之前提到的蒸汽压力锅的比喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大锅，设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。

一个核反应堆的所有的这些“硬件”——压力容器，各种管道，泵，冷却水，然后被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩的设计，建造和测试只是为了一个目的：当核心完全熔融时，将其包裹在其中。为了实现这个目的，在压力容器（第二层护罩）的下方，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，这一切都在第三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核心熔融，压力容器爆裂（并且也最终融化的话），这个大碗就可以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料能够向四周铺开，从而实现散热。

在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将各种风吹雨打挡住的外壳。（这也是在爆炸中被毁坏的部分，我们稍后再说）

核反应的一些基本原理

铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子，这样就产生热量及中子（构成原子的一种粒子）。当中子撞击另外一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。

而现在的情况时，当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热，然后在 45 分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困难的（不信你们可以去问问伊朗）。当年切尔诺贝利的情况是，爆炸是由于大量的压力积攒，氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩，然后将大量的融化的核心挥洒到了外界（就像一颗 “脏弹”）。这样的情况为什么在日本没有发生，及为什么不会发生，请继续看下面。

为了控制链式反应的发生，反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的：当一切正常运转时，所有的控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量（并转化为蒸汽和电力），并且在常规的 250 摄氏度的运转温度下还有许多余地。

而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后，核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止，但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品，比如铯和碘同位素，这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子，然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中，也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生（在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了），所以它们的数量会越来越少，然后在衰变结束的过程中，大约几天时间内，核心就会最终冷却下来。

目前让人头痛的就是这些余热。

核反应堆内的第一类放射性物质就是燃料棒中的铀元素，及放射性副产物铯和碘同位素。这些物质都在燃料棒内部。

而除此之外，还存在第二类放射性物质，产生于燃料棒外部。而首先需要说明的是，这些外部的放射性物质的半衰期都非常短，这意味着它们会在很短的时间内衰变为没有放射性的物质。“很短”的意思就是几秒。所以即使这类放射性物质被释放到自然环境中，他们也是毫无危害的。为什么呢？因为大约就你在读完“R-A- D-I-O-N-U-C-L-I-D-E”的这几秒内，这类物质就衰变到完全不具有放射性了。这类放射性物质就是氮-16（N-16），也就是氮气（构成大气的气体之一）的具有放射性的同位素。另外就是一些稀有气体比如氩。但是这些物质是如何产生的呢？当铀原子裂变时，会产生一个中子。大部分的这些中子都会撞击到其他的铀原子由此链式反应就一直持续发生。但是其中的一些会离开燃料棒并撞击到水分子，或是冷却水中的空气。然后，一个不具有放射性的元素就会 “捕获”这个中子，并变得有放射性。而就如前文所述，在数秒内它就会衰变到它本来的面目。

上面所描述第二类的放射性物质在我们接下来要讨论的核泄露中非常重要。

福岛到底发生了什么

接下来我会试着去总结目前的主要事实。冲击核电站的地震的威力是核电站设计时所能承受的威力的五倍（里氏震级之间的放大倍数是对数关系，所以 8.9 级地震的威力是 8.2 级，即核电站的设计抗震威力的 5 倍，而不是 0.7 的差异）。所以我们首先为日本的工程技术水平喝彩，至少一切目前是保下来了。

当 8.9 级地震冲击核电站时，所有的反应堆就自动关闭了。在地震开始后的数秒内，控制棒就插入到了核心内，链式反应即刻中止。而此时，冷却系统就开始带走余热。这些余热相当于反应堆正常运转时产生的 3% 的热量。

地震摧毁了核反应堆的外部电力供应。而这是核反应堆能够遇到的最严重的故障之一，因此，在设计核反应堆的备用系统时，“电站停电”是一种被高度关注的可能性。因为核反应堆的冷却泵需要电力以维持运转。而反应堆关闭后，核电站本身就不能产生任何电力。

在地震发生后的一小时内一切情况是平稳的。为紧急情况而准备的多组柴油发电机中的一组启动，为冷却泵提供了所需的电力。然后海啸来了，比核电站设计时所预料的规模要更巨大的海啸，摧毁了所有的柴油发电机组。

在设计核电站时，工程师们所遵循的一个哲学就是“纵深防御”。这意味着你首先需要为了你能够想象到最灾难的情况设计防卫措施，然后为了你觉得可能绝对不会发生的子系统故障设计方案，以确保即使这样的可能绝对不会发生的故障发生后，核电站依然可以安全。而一场巨大的摧毁所有柴油发电机组的海啸就是这样的一种极端情况。而所有的防卫的底线就是前面提到过的第三层护罩，将一切可能发生的最糟糕情况——控制棒插入或者未插入，核心融化或者未融化——容纳于其中。

当柴油发电机组被冲走后，反应堆操作员将反应堆切换到使用紧急电池。这些电池被设计为备用方案的备用方案，用于提供给冷却系统 8 个小时所需的电力，并且也确实完成了任务。

而在这 8 个小时内，需要为反应堆找到另外一种供电措施。当地的输电网络已经被地震摧毁。柴油发电机组也已经被海啸冲走。所以最后通过卡车运来了移动式柴油发电机。

整个事件从这一刻起开始变得糟糕。运来的柴油发电机无法连接到电站（因为接口不兼容）。所以当电池耗尽后，余热就无法再被带走。

在这个点上反应堆操作员开始按照“冷却失灵”的紧急预案进行处理。这是“纵深防御”中的更进一层。理论上供电系统不至于彻底失效，但是现实如此，所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。这一切，无论对我们看起来多么不可思议，但却是反应堆操作员的培训的一部分——从日常运营到控制一个要融化的核心。

于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最后，如果冷却系统无法恢复，核心就一定会融化（在几个小时或是几天内），然后最后一层防线——第三层护罩及护罩内的大碗，就将经受考验。

但是此时最重要的任务是在核心持续升温时控制住，并且确保第一层护罩（燃料棒的锆锡合金外壳），及第二层护罩（压力容器）能够保持完整并尽可能多工作一段时间，从而让工程师们能够有足够的时间修好冷却系统。

既然让核心冷却是那么重要的事情，因此反应堆内实际上有多个冷却系统（反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆核心隔离冷却系统，备用水冷系统，及紧急核心冷却系统）。而究竟哪一个失效了或是没有失效在此时无法得知。

所以想像一下，一个在炉子上的压力锅，持续地，慢慢地在进行加热。操作员在采取各种手段去消除其中的热量，但是锅内的压力在持续上升。于是当务之急是保住第一层护罩（熔点为 2200 摄氏度的锆锡合金），及第二层护罩——压力容器。而为了保住第二层护罩，其中的压力就需要时不时进行释放。因为在紧急时刻进行压力释放是一件重要的事，所以反应堆共有 11 个用于释放压力的阀门。操作员开始通过时不时地旋松阀门来释放压力容器内的压力。此时压力容器内的温度是 550 摄氏度。

这就是关于“辐射泄露”的报道开始的时刻。我在上文中解释了为什么释放压力的同时实际上会释放第二类放射性物质（主要是 N-16 和氩），及为什么这样做其实毫无危险。放射性氮元素和氩对于人类健康没有威胁。

而就在旋松阀门的过程中，发生了爆炸。爆炸发生在第三层护罩外部，反应堆厂房内。反应堆厂房不具有隔绝放射性物质的功能。虽然目前并不清楚到底发生了什么，但是这是一个很有可能的场景：操作员决定让压力容器内的蒸汽释放到厂房内，而不是直接到厂房外部（这样可以让放射性元素有更长的时间用于衰变）。而问题在于，由于核心内的高温，水分子会分解为氧和氢——一种易爆混合气体，于是也确实在第三层护罩外爆炸了。历史上也曾发生过一次类似的爆炸，不过是在压力容器内（因为压力容器没有设计好并且操作失误），进而导致了切尔诺贝利事件。而福岛核电站不会有这样的问题。氢氧混合气体是在设计核电站时需要考虑的一个巨大问题，因此反应堆在建造时就考虑到了不能让这样的爆炸发生护罩内部。如果在护罩外部爆炸了，虽然也不是设想中的状况但是可以接受，因为即使爆炸了也不会对护罩产生影响。

因此在阀门旋送时，压力得以控制。而现在的问题时，如果水在一直沸腾的话，那么水位就会持续下降。核心大概被几米深的水覆盖，使得其能够在空气中暴露前坚持几个小时或几天。而一旦没有水覆盖，那么暴露的燃料棒就会在 45 分钟后达到其 2200 摄氏度的熔点。而这样就会导致第一层护罩，燃料棒的锆锡合金外壳融化。

而这样的事情正在开始发生。冷却系统无法在燃料棒开始融化前恢复运转，不过燃料棒中的核燃料此时依然是完好的，但是包裹燃料的锆锡合金外壳已经开始融化。而目前正在发生的，就是一些铯和碘同位素开始随着释放出来的蒸汽，泄露到反应堆外。最严重的问题——铀燃料，目前依然是受控的，因为氧化铀的熔点在 3000 摄氏度。目前已经确认的是，检测到有一部分铯和碘同位素随着蒸汽泄露到了大气中。

这似乎是一个启动“B 计划”的信号。通过在大气中检测到的铯和碘同位素，操作员可以确认某一根燃料棒的外壳（第一层护罩）已经存在破损。“A 计划”在于恢复某个常规冷却系统。为什么这个计划失败目前并不清楚，而一种可能性是海啸冲走或是污染了所有用于冷却系统的纯净水。

用于冷却系统的给水是非常纯净的，去除了所有矿物质的水。使用纯净水的原因在于：纯净水很大程度上不会被激活，因此可以保持相对无辐射。而如果是脏水，那么更容易捕获中子，进而变得更加具有放射性。这不会影响到核心——因为核心不会被冷却水影响。但是会使得操作员更难处理这些具有轻度放射性的活化水。

但是“计划 A”失败了——系统无法冷却，并且也没有额外的纯净水。因此“计划 B”被启动。而这就是目前正在发生的：

为了避免核心融化，操作员开始使用海水来冷却核心。我不是十分清楚，他们是用海水浸泡住压力容器（第二层护罩），还是淹住反应堆外壳（第三层护罩）。不过这个不是我们现在要讨论的。

要点在于核燃料现在确实已经冷却下来了。因为链式反应早就已经停止，所以目前只有非常少量的余热在产生。已经使用了的大量冷却水可以带走这些余热。因为是注入了大量的水，所以目前核心已经无法再产生足够的热量去大幅度提升压力。并且，海水中加入了硼酸。硼酸是一种“液体控制棒”。无论在发生什么样的衰变，硼都可以捕获产生的中子并进一步加速核心的冷却。

福岛核电站曾经十分接近核心融化。但是目前最坏的情况已经被避免：如果没有将海水注入，那么操作员就只能继续旋松阀门以释放压力。第三层护罩必须完全密封，以避免其中发生的核心融化泄露出任何的放射性物质，然后会经过一段等待期，等待护罩内的裂变副产品完成衰变，所有的放射性粒子会附着在护罩内壁。冷却系统最终会被恢复，融化的核心也会冷却至一个可控的温度。护罩内部会被清理。然后需要做一项棘手肮脏的事情——将融化了核心移出，将凝固了的燃料棒及燃料一块一块地装入运输装置，然后运送到核废料处理厂进行处理。根据损坏状况，核电站的这块区域需要进行修理或是彻底拆除。

那么，目前留给我们的是什么呢？我的总结：

核电站会回到安全状态并始终安全

日本处于第 4 级别 INES 核紧急状态：核电站内事故。这对于拥有电站的公司是件糟糕事情，对其他人来说没什么影响。

在释放压力时同时释放了一些放射性物质。包括非常小剂量的铯和碘同位素。如果在释放时你正好坐在出口上，那么你可能需要考虑戒烟使得你的期望寿命值回归从前。这些铯和碘同位素会被带入海水，然后就不会再检测得到。

第一层护罩出现了一些损坏，意味着一定数量的铯和碘同位素也被释放到了冷却水中，但是不会有铀或是其他什么脏东西（因为氧化铀不溶于水）。在第三层护罩内有用于净化水的装置，这些具有放射性的铯和碘同位素会在那里被去除并且存储为核废料。

用于冷却的海水会在一定程度上被活化。但是因为控制棒已经完全插入，所以链式反应是不会发生的。这就意味着“主要的”核反应没有发生，因此也就不会加剧海水的活化。链式反应过程的副产物（铯和碘同位素）在这个阶段也基本上消失殆尽。这进一步减轻了海水的活化。因此最坏情况就是：用于冷却的海水中会具有一定程度的放射性，但是这些海水也同样会经由内部净化装置进行处理。

最终会用正常的冷却水取代海水。

反应堆核心会需要进行拆除并运到处理厂，就像通常的燃料更换一样。

燃料棒和整个核电站需要进行彻底安全检查，以避免潜在的危险。这通常需要 4 到 5 年。

全日本的核电站的安全防护会进行升级，以确保他们可以抵抗住九级地震及随之而来的海啸（甚至更糟糕的情况）。

我认为更显著的问题是随后的全国供电。日本的 55 座反应堆中的 11 座已经全部关闭并等待进行检查，这直接减少全国 20% 的核电电力，而全国 30% 的电力靠核电供应。我目前还没有去考虑国内其他核电站可能发生的事故。短缺的电力会需要依靠天然气发电站供应，而这些电站通常只是在供电高峰时用于应急。我不是十分清楚日本国内的石油，天然气和煤矿的能源供应链，及港口，炼油厂，存储及运输网络在此次地震中遭受了怎样的损失。这些都会导致电费增加，及用电高峰和重建时的电力短缺。

而这一切只是更大的问题的一部分。灾后应急需要解决避难所，饮用水，食物，医疗，运输，通讯设施等一系列问题，当然也包括电力供应。在一个供应链倾斜的时代，所有的这些领域中我们都会遇到挑战。

如果你希望持续了解事实，那么就忽略那些肤浅的媒体并关注以下网站：

http://www.world-nuclear-news.org/RS_Battle_to_stabilise_earthquake_reactors_1203111.html

http://www.world-nuclear-news.org/RS_Venting_at_Fukushima_Daiichi_3_1303111.html

http://bravenewclimate.com/2011/03/12/japan-nuclear-earthquake/

http://ansnuclearcafe.org/2011/03/11/media-updates-on-nuclear-power-stations-in-japan/

• 日本高明的愚民术：福岛核泄露比切尔诺贝利严重得多
• 试着解读一下：有核燃料聚集在那儿发生核反应？

现在好多网站都在转，目的是鞭尸。

http://www.ccthere.com/topic/3323971

原文删除了，但评论都还在

不宜删除，应让大家了解不同的忽悠。

典型的外行忽悠外行。

:-(

MIT Department of Nuclear Science and Engineering，注意右栏顶上的blog链接。

这个mitnse.com域名是周日新建的，最早那篇的作者又是个supply chain领域的，所以这两天被批得厉害。现在MIT department of nuclear science正式接手，也算是为他正名了。

什么是专家，这篇文章做了最好的注解。

对于驻守核电站的50人来说戒烟已经解决不了问题了。

正如Sneer所说是外行忽悠外行。

认为这篇文章有道理的，就老老实实承认自己是核盲吧。

评：美国麻省理工学院专家分析的日本核泄露最坏情况

原文来自http://mitnse.com/2011/03/17/on-worst-case-scenarios/

黄卫东翻译，以下是译文

美国麻省理工学院核能科学与工程博克收到很多提问，是关于核泄露导致的最坏情况的。这不奇怪，在媒体上，这是讨论得最深，观点变化很大的方面。本博克根据我们掌握的所有信息来解释，而不是来做预测。我们评述媒体预测中的术语，阐述政府机构和科学团体使用何种方法，来确定应该通知公众采用的对策。

熔毁

术语熔毁是指锆合金制成的安全罩和氧化铀（或混合氧化物，指混合了氧化钚，译者注）燃料棒的融化。这两个结构是阻碍核裂变是否释放辐射性物质的第一道安全机制，因为具有放射性的核裂变产物通常在固体核燃料棒内部，气体性的也在核燃料棒内部气孔中，或从核燃料棒气孔中溢出，留在锆合金安全罩内。当核反应堆关闭以后，这些裂变产物继续衰变，产生热能。开始时，它们单位时间产生的热能约为核反应堆工作时放出能量的7%，其后随着放射性同位素衰变而逐步减少。如果不能通过冷却水带走热能，核燃料棒和安全罩就会升温。当温度超过摄氏1200度，一直在进行的腐蚀锆合金安全罩的过程就会大大加快。腐蚀产物包括氧化锆，氢气（参见博文福岛1和3号电站氢爆炸解释）和热。这些产物和热将会加快腐蚀过程，核燃料棒将会继续升温。由于这个反应的自催化特性（就是产物生成以后，产物会加快反应速度，译者注）， 通常安全系统会动作，阻止安全罩内温度升高到1200度。

如果多种安全机制都失灵了，如美国三里岛事故，核燃料棒继续升高到氧化铀的熔点温度，2400－2860度（该温度与燃料棒制造和工作时间相关）。当燃料棒融化成液体，就坍塌渗出，形成由核燃料氧化物，锆金属合金和钢等组成的混合物，流到核反应堆容器的底部。如果过程中遇到冷却水，就会固化落在核反应堆容器底部。

乏燃料池（存放从核反应堆中取出的用过的核燃料棒）的冷却系统发生故障以后，也会以较慢的速度发生类似的过程。

穿透：操作经验和实验

当核燃料棒温度达到或超过1200度，就有可能损坏核反应堆容器。制造核反应堆容器的材料钢的熔点是1500度。此外，容器暴露在海水中（这是一段时间内为冷却而投加的），遭到海水腐蚀而变弱。海水中氯化钠等盐加速了钢的腐蚀。通常这个腐蚀，导致容器损坏的时间是几周或几个月，不是几天。 无论如何，在这种情况下，反应堆容器存在很多不确定因素。

值得庆幸的是，我们有一些与核燃料棒熔毁相关的操作经验。三里岛事故中，约50%核燃料棒熔毁。反应堆容器9英寸（等于225mm）的壁厚，约5/8英寸厚金属腐蚀剥落了。当核燃料氧化物和金属混合物与容器底部接触时，容器局部有一个小时时间处于发红状态。长时间受热，容器金属结构发生了变化，变得硬而易碎了。在容器底部附件的仪器也被渗漏而损坏。不管怎么说，熔毁的核燃料基本还在容器内。

当产生熔融混合物以后，根据以前的经验，会有部分穿过反应堆容器，落到混凝土底座上，向四周扩散。它们与混凝土作用，产生不会凝结的气体，这种过程就是通常所说的熔毁混合物与混凝土相互作用。

三里岛事故发生以后，很多机构都通过实验研究熔毁混合物与混凝土反应堆底座的作用。这些实验用来测量混凝土消融的程度，产生非凝结气体速率。过去20年研究主要关注如何用水来熄灭熔毁混合物。

实验中，使用非放射性氧化铀（铀238），锆合金和钢的混合熔融物，它们的比例与反应堆产生的类似。让它们通过一个喷嘴，提高压力，模仿反应堆容器中的压力，让它们落到混凝土上，通过热电偶和照相机监测实验，实验持续几个小时，结束后，检测固体材料。实验表明，没有水来熄灭，熔毁混合物在类似福岛核电站情况下，将以每分钟几毫米速度剥落混凝土。在混凝土防护罩内产生气体，需要通风，并对排出气体进行过滤，阻止防护罩破裂（实际情况是，由于爆炸，混凝土外防护罩已经破裂）。

如果提供水来熄灭熔毁混合物，阻止其在混凝土板上扩散，消融速率降低到最坏情况5－7%，气体产物基本没有了。不断产生混凝土消融，是熔毁混合物形成固体，固体又会内部产热而熔融。

总之，这个总结是用来解释熔毁混合物可能发生的变化。我们不是预测，核反应堆的变化和乏燃料堆的变化。

分析：是如何做的？有什么含义？

前面阐述的实验是用来验证预测核反应堆和乏燃料堆的变化的计算。这些计算提供了计算的辐射源数据，从而用于获得泄露剂量随时间变化的计算。后面的计算包括很多因素的复杂相互作用，如：

释放方式：爆炸，缓慢稳定输出？由空气流，烟或水流带走，离开地面多高？

气候类型：本地和周围的气候

地形特点：本地和周围

象建模计算熔毁燃料分布一样，根据现有资料，包括切尔诺贝利发生的数据和小型实验结果，来验证模型计算核泄露所产生的后果。

政府机构将根据计算得到的辐射剂量数据，来确定是否需要疏散当地或周围的民众，下达撤离命令，让老百姓远离出事地点一定距离。这里我们推荐，核泄露地点附近的读者应根据政府签发的指令行动。

关于未来辐射剂量预测的提示：网上流传了美国西部高剂量辐射的预测图。这个预测图上标注了澳大利亚辐射服务处，实际不是。美国核协调委员会（NRC，www.nrc.gov）反驳了该图，专家们说，它类似核武器爆炸产生的辐射剂量的预测，现在并不存在。

译者评论与分析：这个分析，回避了回答人们关心的一个关键问题：熔毁过程中，放射性物质泄露量和持续时间？对熔毁后的分析也很不足和简单。

在堆芯熔毁过程中，首先是核反应堆容器内部温度增高。通常控制棒的作用很关键，所谓停堆，就是将大量控制棒插入到燃料棒之间，让控制棒吸收从燃料棒中铀235或钚239裂变产生的中子，从而中止这些中子引发其他核燃料裂变。根据MIT文章，为什么我不担心日本的核电站，核燃料被制作成小圆球（直径1cm高1cm的小圆柱）。这些小圆柱被放入一个用失效温度1200℃（会被水自我催化氧化）的锆锡合金制成的长管，然后密封起来。这就是一个燃料棒（fuel rod）。核燃料棒外壳发生熔毁以后，核燃料小球就会聚集到反应堆底部，从而使核反应堆又重新启动，也就是说，其他核燃料，包括U238又被重新活化，产生较多的裂变反应。这使放出的热能大幅度增加。更为严重的是，大量热能会导致严重熔毁，严重熔毁以后，核燃料棒材料与其他材料，包括锆合金，以及构成反应堆容器的钢材都会熔化，由于它们在密度熔点方面的不同，导致核燃料相互聚集在一起，从而发生加速裂变反应，释放各种放射性物质。在反应堆容器破裂之前，熔毁以后，容器内的裂变反应必然是接近反应堆正常工作时候的状态，而不是接近停堆时候的状态。因此，个人分析，一旦发生熔毁，除非系统其他部分都恢复正常，否则，核燃料必然从反应堆容器中流出，到达反应堆安全壳内预先设计的混凝土盆内，在更大空间弥散，才能减弱核反应。在此过程中，裂变产生的高放射性物质会大量产生，由于冷却系统不能正常工作，必然会释放出来，从而大幅度增加了泄露的放射性物质。 而且，核燃料本身所包含的自动裂变成分，即使停堆，即使用水“熄灭”，降低温度，也是不断释放放射性物质的。

以上解释，与BBC专家对熔毁以后的后果简单分析是一致的。参见：BBC：日本反应堆熔毁警报 http://songshuhui.net/archives/51621。

当然，上述所分析的熔毁是否发生，发生到什么程度，还没有成为定论。有很多分析认为，至少发生了燃料棒保护罩的熔毁，如果这样，就非常危险了。因为停堆操作至少被部分逆转了。（个人以为，根据放射性物质泄露量是可以判断是否完全停堆了）

我国核安全专家王法根据外电报道，在注水过程中由于堆内压力大，注水困难，打开了泄压阀，以降低压力壳内压力，这造成安全壳内压力增高，使得抑压池压力提高，引起了抑压池的损坏(爆裂)(核电站内部结构见下图所示)，即安全壳已经与厂房内大气通了。已经失去了安全壳对放射性物质的隔离和屏障。可是要注意到压力壳还是完整的。安全壳(格纳容器)的作用是包容可能从压力壳内外泄的放射性物质的安全容器。他的一部分失效意味着已经失去一道屏障。这是福岛核电站持续长时间对外不断排放放射性物质的主要原因。日本原子能安全委员会刚刚发布说（3月30日），福岛第一核电站1至3号机组的反应堆压力容器和安全壳都应该已经破损。

由于福岛电站处于寿命末期，本应在今年终止运行，在地震和海啸作用下，王法认为，整个核电站的管道、设备、阀门、电器盘柜都受到了不同程度的损伤，使得几乎所有的机组的冷却功能都受到了损坏，甚至完全失效 。这也是译者此前在网上发表的观点。但是，反应堆中核燃料棒，以及堆存的乏燃料棒都会不断产生放射性废物，参见下表：

Yield Fission Product Half-life

6.8% cesium-133/134* 2 years

6.3% iodine-135 / xenon-135 7 hours

6.3% zirconium-93 1.5 million years

6.1% cesium-137 30 years

6.1% molybdenum-99 / technetium-99** 200,000 years

5.8% strontium-90 30 years

2.8% iodine-131 8 days

2.3% promethium-147 3 years

1.1% samarium-149 not radioactive

0.7% iodine-129 15 million years

0.4% samarium-151 90 years

0.4% ruthenium-106 1 year

0.3% krypton-85 11 years

0.2% palladium-107 7 million years

*Cs-133 is stable but has a high fission yield, but it will then produce Cs-134 from absorbing neutrons in the reactor and Cs-134 is radioactive with a ~2 year half-life.

**Half-life reported in the table is for Tc-99. Mo-99 has a half-life of ~66 hours, which then decays to Tc-99m (metastable form of Tc-99) with a half-life of ~6 hours. The Tc-99m then decays to the Tc-99 with the 200,000 year half-life reported in the table.

现在很难回答，相关处理系统何时能恢复正常工作。《自然》网站认为：日本核辐射危害目前难以估量（http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/3/245389.shtm）。今天（3月30日），日本官方连续发表讲话，表示要废弃福岛核电站6个反应堆，考虑采用石棺来封闭核反应堆，这说明，日本相关各方，在经过近20天努力以后，终于放弃恢复系统的幻想。

不管是废弃系统，还是准备采用石棺封闭系统，为了对付乏燃料和反应堆中的核燃料释放的放射性物质，在恢复冷却系统的同时，还必须抢修和恢复核废料处理系统，以准备在相当长时间内对付现场存有的核燃料所释放的放射性物质，除非能够将现场各种核燃料清理运走。由于现在很难了解实际情况，因而难以判断，还需要多长实际完成这个修复，从而控制核泄露。从日本官方的表态来看，需要一年时间也是有可能的。在这期间，放射性物质还会不断泄露，虽然随着修复进行，应该会逐步减少。考虑到夏天临近，风向发生变化，放射性物质污染我国，产生恶劣影响是非常可能的。现在我们应当做好宣传，准备对策，防止恐慌发生。

参考：

东京电力称将废弃福岛核电站4个反应堆

http://news.sina.com.cn/w/2011-03-30/150022208889.shtml

日本官房长官:福岛核电站5号6号机组也将报废http://news.sina.com.cn/w/2011-03-30/180022209783.shtml

东电会长称石棺方式封闭反应堆也是方案之一

http://news.sina.com.cn/w/2011-03-30/175622209773.shtml

核安全专家王法：福岛核事故是复合型共模失效严重事故http://www.china5e.com/show.php?contentid=164123

科学家七年前警告：日本核赌——致命的危险游戏 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=335071&do=blog&id=427589&from=space

图解福岛的核电站故障http://songshuhui.net/archives/51608

地震、海啸与辐射——文章列表

http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=72090&do=blog&id=427338

日本福岛核泄漏放射量达到6级“重大事故”水平

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/3/245451.shtm

福岛第一核电站1至3号机组安全壳已破损

http://news.sina.com.cn/w/2011-03-30/201222210203.shtml

• 日本核泄露最坏情况已经出现，检测出环，堆芯已经熔毁
• 补充关键处
• 关于核熔毁，见内，其他你自己仔细读我的文章和回复吧