《科學人》核子融毀會怎樣

這篇是譯自《科學人》前幾天的電子報。我覺得最近專家太多了，眾說紛云，這篇講得又簡單又清楚，也不必質疑其專業性，所以快速翻來給有興趣的朋友看看。

如果我哪邊有誤會請告訴我，謝謝。



核子融毀會怎樣？

日本福島的核子反應爐正面臨危機，但是還不到完全融毀的程度。《科學人》這篇核子入門解釋了「融毀」到底是什麼意思，還有這個情況和以前的核子事故有什麼不同。

核能反應爐是怎麼運作的？

大多數的核能反應爐，包括日本福島的那幾座在內，本質上都只是高科技熱水壺，可以很有效率地把水煮沸來發電。它們的運作仰賴對核分裂的駕御能力。所謂核分裂就是一顆原子分裂成兩顆比較小的原子的過程，這個過程會釋放出熱和中子。連鎖反應會自我延續，穩定產出把水煮沸的熱能，推動蒸汽渦輪以產生電力。

日本和其它地方的電力，有多少比例來自核能？

根據國際原子能委員會的資料，日本是世界第三大核能生產國，僅次於美國和法國。日本有54 座核能反應爐，每年產出兩億八千萬千瓦時。在3 月11 日的地震裡受到猛烈攻擊的福島第一能源站，就擁有六座反應爐，都是從七零年代就開始運轉。

核能占了全球能源的比例約15％，而日本的能源有30％是來自核電廠。美國就總量來說產出更多的核能，但是比例沒那麼高。大約有20％的美國能源來自核電廠，是美國國內第三大能源，次於煤的45％和天然氣的23％。

核子反應爐的燃料為何？

大部份的核子反應爐使用摻了鈾235 的鈾礦。鈾235 是鈾的同位素，隨時可以進行核分裂。（同位素是原子質量不同的元素。）鈾238 在自然界的含量較豐，但是分裂的情況不太好，所以工廠會加個百分之幾的鈾235 到裡頭去。摻了鈾235 的鈾會被製成燃料棒，封存在合金（像是鋯合金）製成的保護套裡。

福島第一核電廠的三號反應爐裡面放的是一種稱為MOX 的燃料，這種燃料混合了其它種類的分裂材料，比如說，從用過的核燃料和除役的核武器裡取出的鈽。

如何關閉核子反應爐？

核子反應爐要不停運轉，靠的是把中子從一顆原子傳到另一顆原子去。從一顆原子釋放出去的中子可以觸發下一顆原子的分裂。因此，要切斷分裂連鎖反應的方法，就是要攔截中子。核子反應爐配備有控制棒，由可以有效吸收中子的元素製成，像是鎘、硼、和鉛。當反應爐故障，或是操作人員為了其它理由而需要關閉反應爐的時候，技師可以從遠端操控，將控制棒插進爐心以吸收中子，停止核反應。

反應爐在核反應停止後還會融毀嗎？

就算控制棒表現良好，成功停住分裂反應，燃料棒還是帶有高溫。更糟的是，已經分裂成兩半的鈾原子會產生輻射，同樣也會產生高熱。所以爐心在停止核分裂的情況下，還是會繼續發熱。

如果其它的反應爐運作正常，幫浦會繼續運作，循環的冷卻劑（通常是水）可以把爐心的熱帶走。但是日本3 月11 日的地震和海嘯造成了斷電，把反應爐冷卻系統的外部交流電源給切斷了。依據報導指稱，電廠裡備用的柴油發電機之後很快就失靈了，反應爐沒能降溫，有過熱的危險。

缺乏穩定的冷卻劑補給，高熱的爐心會一直把四周的水給煮沸，直到燃料曝露在空氣中。如果燃料棒一直曝露在空氣中，它們也許會開始融化，又熱又帶有輻射性的燃料會在包覆反應爐的容器底部積聚。最慘的情況就是，融毀造成的液態高溫燃料會把金屬容器給融化，穿過外層設計來承裝核子原料的保護殼，大量的輻射物質就這樣跑到外頭的世界去。

如何避免爐心融毀？

日本電廠的操作人員費了一番工夫試圖冷卻反應爐，包括引海水到爐心補充逐漸變少的冷卻液。東京電力公司也朝反應爐投入硼酸，用來吸收中子。

這起事故和車諾比或三哩島事件有何異同？

目前福島第一發電廠有三座反應爐已經嚴重毀損。一號和三號反應爐已經爆炸，把外牆給毀了。爆炸是由積聚在屋頂的氫氣造成，這些氫氣是燃料棒裡的鋯在高溫的情況下和冷卻水起反應產生的。不過看來內層的保護殼已經不太可能還完整無缺。3 月15 日傳出第三次爆炸，發生在二號反應爐。情況顯然愈來愈糟。抑制池（反應爐底下一個甜甜圈狀的水槽）的壓力在爆炸後急速下降，指出保護殼已經遭到波及。

一號、二號、和三號反應爐的水位已經降到足以讓燃料組暫時曝露在外，燃料棒據推測已經受損。四號反應爐已停止運轉，但是那裡儲放用過的燃料棒的池子也起火了，對還在現場工作的少數幾名工人造成額外的危險。

國際原子暨輻射事件指標有七個等級，日本官方最初稱這起事件為第四級，也就是「造成區域性危害的事故」。但是普林司敦大學的物理學家Frank von Hippel 告訴紐約時報，福島第一發電廠的情況「早就遠超出三哩島事件」。三哩島事件是美國發生過最嚴重的核子事故，被標示為第五級，亦即「有廣泛危害的事故」。

1979 年，賓州核能電廠因為冷卻系統故障，加上員工操作錯誤，造成部份爐心融毀。幾乎一半的爐心融毀，在鋼製壓力槽的底部形成放射性的液態小窪。保護殼仍然完整無缺，但是有些輻射物質還是從電廠洩露到附近的環境裡。

1986 年的車諾比事故更是嚴重得多，被標示為七級，也就是「大規模事故」。在烏克蘭和蘇聯的一部份，一次電力爆衝造成電廠裡的一座反應爐爆炸，釋放出極大量的放射落塵到空氣裡。根據美國核子監管委員會的資料，幾個小時內，就有兩名電廠員工死亡。接下來幾個月內，有二十八人受到輻射毒害而死。車諾比的落塵傳得很遠，這場災難的健康影響難以估量。聯合國原子輻射影響委員會的一份報告指稱，烏克蘭、白俄羅斯、和俄國有六千名在災難當時為十八歲以下的個體，到2006 年時罹患甲狀腺癌，這是曝露在輻射下最容易罹患的疾病。