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【據日媒報道，日本研究者9月26日在日本物理學會發表的研究結果稱，2011年發生核事故的日本福島第一核電站2號機組內70%以上的核燃料可能已經熔融。熔融到底是什么意思？它是怎么測量出來的？熔融70%意味著什么？對周圍的環境乃至中國有沒有危害？從業八年的中核下屬核電站工程師獨家撰文解析。】

核燃料是什么

核電站使用的核燃料由鋯合金制成的長管包裹二氧化鈾芯塊，做成長棒狀，再集束裝配而成。核燃料置于反應堆壓力容器中，由主泵將水打入壓力容器，燃料棒浸泡在水中；核燃料發生鏈式反應產生熱量，加熱壓力容器的水，繼而蒸汽發生器的水進行加熱，產生蒸汽，蒸汽再推動汽輪發電機組發電。簡單地說核燃料類似于家庭常用的“熱得快”。

鏈式反應示意圖

核燃料熔融是怎么一回事

核燃料熔融是核電站最嚴重的事故之一。簡單來說，核燃料熔融就是在核反應堆發生失水、失控等系列事故后，核燃料的鏈式反應失控或冷卻失敗導致的燃料急劇升溫，最后熔化變形的現象。

核燃料為什么會熔融

首先，核燃料在核電站正常運行的時候是不會熔融的。

核燃料和常規化石燃料不一樣，常規化石燃料釋放熱量的燃燒反應是越燒越弱，而核燃料是“越燒越烈”——因為鏈式反應是中子撞擊原子核——原子核分裂成較小原子核并放出中子——中子繼續撞擊較小原子核——繼續分裂和放出中子的過程，這個過程要長得多，放出的熱量會越來越多。

由此可見，核燃料如果不加以嚴格控制，溫度會急劇升高，后果無法想象。核電站的安全運行必須要求核燃料在適當的溫度和鏈式反應下工作。控制方法主要有：在傳熱的水里加入吸收中子的化學藥劑；設置由吸收中子材料制成的控制棒；使用主泵驅動水循環流動以帶走核燃料的熱量。

一般核燃料熔融之前會有幾類先導事件：

1）核反應堆管道（一回路）破裂，壓力容器里的水從破口泄漏而減少，核燃料的放出的熱量不能及時帶走；

2）一回路內水吸收中子的化學物質濃度降低，或者控制棒故障，導致鏈式反應失控，核燃料放出能量增加；

3）汽輪發電機不能百分百帶走核燃料傳遞的能量，多余的能量積壓在核燃料里，會使核燃料溫度升高。

以上這些先兆事件可能單獨發生，也可能同時發生。接下來的發展進程就是：核燃料溫度逐漸升高并超過允許范圍，壓力容器內的水加熱蒸發或泄露而不斷減少；因為壓力容器內水減少，核燃料漸漸暴露于空氣中（核電行業術語稱為：堆芯裸露），傳熱惡化，溫度升高；升溫的核燃料進一步加熱壓力容器內的水，加速水的蒸發，傳熱進一步惡化，核燃料溫度進一步升高，形成惡性循環。最后的最后，核燃料的溫度升高使核燃料的鋯合金外殼與水發生鋯水反應放出氫氣，繼而升溫到超過核燃料自身材料（主要是核燃料棒的鋯合金外殼）的熔點，先是外表熔化，逐漸發展到整體熔化，最后是燃料失去剛性而坍塌。

福島核事故中出事的1、2號機組經歷的正是這樣的事件過程。海嘯摧毀了岸上的應急柴油發電機，核反應堆的主泵失去了電源而停機，壓力容器內的水失去了流動，核燃料產生的熱量無法帶走，升溫失控，最后熔融。