堆芯熔化(meltdown)是指核反應堆溫度上升過高，造成燃料棒熔化並發生破損事故。失去冷卻水後，堆芯水位下降，燃料棒露出水面，燃料中的放射性物質產生的熱量無法去除，隨後溫度持續上升會導致這種情況。這是核電站可能發生的事故中最為嚴重的事態。
基本介紹
- 中文名：堆芯熔化
- 外文名：(meltdown
- 概述：指核反應堆溫度上升過高
- 堆芯：堆芯是反應堆的心臟
介紹,堆芯,堆芯熔化的主要過程,後續作用機理,防範措施,事故,三里島事故,日本核事故,
介紹
堆芯熔化：當堆芯喪失餘熱載出手段後，堆芯開始升溫，隨著溫度的逐漸上升，包殼首先熔化，然後控制棒解體，進而燃料芯塊熔化、下移，造成堆芯支撐結構失效和堆芯解體。
堆芯
堆芯是反應堆的心臟，裝在壓力容器中間。它是燃料組件構成的。正如鍋爐燒的煤塊一樣，燃料芯塊是核電站“原子鍋爐”燃燒的基本單元。這種芯塊是由二氧化鈾燒結而成的，含有2～4%的鈾－235，呈小圓柱形，直徑為9.3毫米。把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，成為一根長約4米、直徑約10毫米的燃料元件棒。把200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，組成燃料組件。每個堆芯一般由121個到193個組件組成。這樣，一座壓水堆所需燃料棒幾萬根，二氧化鈾芯塊1千多萬塊堆芯。此外，這種反應堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水（冷卻劑）。控制棒用銀銦鎘材料製成，外面套有不鏽鋼包殼，可以吸收反應堆中的中子，它的粗細與燃料棒差不多。
堆芯熔化的主要過程
儘管壓水堆核電站嚴重隱患的初因事件有上百個,但導致堆芯熔化的過程及熔化後的在安全殼內的行為過程都是基本相同的,只是序列進展時程不同而已。嚴重隱患發展主要過程如下:主冷卻劑管道發生破口或冷卻不足導致安全閥排放,導致堆芯冷卻劑流失,如果堆芯得不到充足的冷卻劑補充,則堆芯將全部裸露。由於堆芯失去冷卻，堆芯餘熱無法導出，燃料溫度不斷升高，控制棒、燃料包殼和支撐結構首先出現熔化，隨後燃料開始熔化並且向下坍塌，堆熔混合物隨著下柵板及下支撐板的失效掉入下腔室，隨之壓力容器底部裸露燒乾，隨後將下封頭熔穿，堆熔物掉入或噴射到堆坑，與堆坑內的水作用產生的大量水蒸汽、不凝結氣體和放射性氣溶膠進入安全殼內，隨後堆熔物與混凝土底板發生作用，堆坑底板及徑向發生熔蝕，並釋放出大量不凝結氣體。由於不凝結氣體中可燃氣體的存在，並在安全殼內大空間不斷積聚，濃度不斷上升，可能發生燃爆威脅安全殼的完整性。同是不凝結氣體不斷的積聚，最終可使安全殼超壓失效。
後續作用機理
（1）堆內構件影響流動和熔化噴射；
（2）碎片殘骸和水在下腔室相互作用,導致碎片分裂成更小的微粒；
（3）新的碎片對下腔室己經形成的碎片床的直接碰撞；
（4）碎片床,水和壓力容器之間的熱量和質量傳遞；
（5）熔化的固體碎片繼續形成熔融池外殼,阻止熔融池外殼穩定性；
（6）水在固體微粒碎片中的蒸發以及化學反應；
（7）下封頭可能熔穿或失效。
防範措施
把多根控制棒組成棒束型，用來控制反應堆核反應的快慢。如果反應堆發生故障，立即把足夠多的控制棒插入堆芯，在很短時間內反應堆就會停止工作，這就保證了反應堆運行的安全。
事故
三里島事故
美國三里島壓水堆核電廠二號堆於1979年3月28日發生的堆芯失水而熔化和放射性物質外逸的重大事故。這次事故是由於二迴路的水泵發生故障後，二迴路的事故冷卻系統自動投入，但因前些天工人檢修後未將事故冷卻系統的閥門打開，致使這一系統自動投入後，二迴路的水仍斷流。當堆內溫度和壓力在此情況下升高后，反應堆就自動停堆，卸壓閥也自動打開，放出堆芯內的部分汽水混合物。同時，當反應堆內壓力下降至正常時，卸壓閥由於故障未能自動回座，使堆芯冷卻劑繼續外流，壓力降至正常值以下，於是應急堆芯冷卻系統自動投入，但操作人員未判明卸壓閥沒有回座，反而關閉了應急堆芯冷卻系統，停止了向堆芯內注水。這一系列的管理和操作上的失誤與設備上的故障交織在一起，使一次小的故障急劇擴大，造成堆芯熔化的嚴重事故。在這次事故中，主要的工程安全設施都自動投入，同時由於反應堆有幾道安全螢幕障（燃料包殼，一迴路壓力邊界和安全殼等），因而無一傷亡，在事故現場，只有3人受到了略高於半年的容許劑量的照射。核電廠附近80千米以內的公眾，由於事故，平均每人受到的劑量不到一年內天然本底的百分之一，因此，三里島事故對環境的影響極小。
日本核事故
A、福島第一核電站
一號機組：冷卻系統停止運轉，反應堆部分發生“堆芯熔化”，已排出蒸汽，在當地時間2011年3月12日的爆炸中建築部分損壞，已向該反應堆注入海水。
二號機組：冷卻系統停止運轉，反應堆部分發生“堆芯熔化”，反應堆燃料棒一度完全暴露在水面以上，已排出蒸汽，當地時間2011年3月14日三號反應堆發生爆炸，導致二號反應堆建築部分損壞，2011年3月15日反應堆外安全殼部分受損，可能發生“堆芯熔化”現象。
三號機組：2011年3月13日，反應堆喪失冷卻功能，可能已出現“堆芯熔化”。之後採取釋放蒸汽及注入海水措施。2011年3月14日發生氫氣爆炸，導致該反應堆廠房部分受損。2011年3月15日檢測到該反應堆附近輻射量增高，2011年3月16日該反應堆區域冒出白色煙霧，反應堆安全殼存在毀壞的可能性。
四號機組：地震發生時反應堆正在進行維護檢修工作，2011年3月15日起火，可能是反應堆乏燃料儲存池發生氫氣爆炸，無法觀測到乏燃料儲存池水位。16日放置反應堆的廠房起火，無法注水冷卻該反應堆。
五號、六號機組：地震發生時正反應堆在進行維護檢修工作，2011年3月16日觀測，這2個機組裝有反應堆乏燃料的水池溫度輕微上升。
B、福島第二核電站
一號、二號、三號機組：地震後冷卻系統自動停止運轉，喪失冷卻功能，後經採取措施，已進入穩定的“冷溫停止”狀態。
四號機組：已進入“冷溫停止”狀態。
