特别策划
“核能发电”是怎么回事？
“核能发电”又叫做“原子能发电”。日本3.11大地震导致福岛第一核电站发生事故，再一次引发人们关于核能发电的争论。在考虑今后应该如何利用核能时，我们必须先正确认识核能发电和核辐射。那么，福岛第一核电站事故是怎样发生的？这次事故泄漏的放射性物质所产生的核辐射的影响和过去曾经出现过的那些核辐射的影响又有什么不同？核能发电究竟是怎么一回事？核能发电的过程中所产生的放射性废物是怎样处理的？所有这些，都是我们考虑今后能源问题时必须要知道的事情。
第1章 福岛第一核电站事故
地震最初两个月福岛核电站内发生的事情
丧失电源是导致事故的原因
我们先来简单回顾一下地震发生后最初一段时间内，在福岛第一核电站发生的事情。关于核能发电的基本原理，则留在后面第3章再作详细介绍。
3月11日的地震刚一发生，福岛第一核电站的核反应堆便立即紧急关机，停止了运行。然而，被紧急关机的核反应堆不能正常冷却，必须启动“应急堆芯冷却系统”（ECCS）。反应堆已经停止了运行，为什么还需要继续对它进行冷却呢？
原来，反应堆停止运行以后，内部的燃料棒仍然会自行发热。如果不对燃料棒采取冷却措施，其温度将会不断升高。温度变得非常高的燃料棒与水接触会产生大量的水蒸气，从而有可能产生“水蒸气爆炸”等事故。因此，即使反应堆已经停止了运行，也需要用水泵不停地向反应堆注水（冷却水），带走燃料棒所产生的热量。
开动水泵需要电。考虑到反应堆关机以后的这种用电需求，核电站备有为反应堆关机期间提供电力的柴油发电机或者蓄电池等后备电源。同时准备了多种后备电源的应急系统，叫做“多重防护系统”。
在3.11大地震中，福岛第一核电站的5号和6号机组的后备电源没有被破坏，多重防护系统发挥了作用。可是紧接而来的海啸淹没了1～4号机组的后备柴油发电机，使之无法使用。虽然在短时间内可以使用蓄电池的电力对燃料棒进行注水冷却，但是蓄电池的电力很快就用完了，多重防护系统失效。这就是福岛第一核电站的1～4号机组和5、6号机组不同命运的原因。
堆芯熔融，放射性物质发生泄漏
这里，我们以1号机组为例来介绍反应堆在地震后发生的事情（关于2～4号机组的情况，参看下页下角列表）。
供电中断以后，冷却水无法循环，燃料棒周围的水被加热蒸发，水位开始下降，使燃料棒露出水面。失去水冷却的燃料棒被自身所产生的热量加热，温度越来越高，最后融化。这就开始了“堆芯熔融”。
这个时候如果能够及时恢复注水，还有可能避免事故的发生。但福岛第一核电站在地震发生以后的很长时间内都没有及时恢复注水，因而发生了核泄漏事故。
燃料棒放在一个“高压容器”内，保持密封。容器内部充满了燃料棒加热产生的高压水蒸气。此外，包裹燃料棒的外壳材料“锆合金”与高温水蒸气发生化学反应还会生成氢气。在这种情况下，很难再从外部向压力容器内注水。
为了注水冷却，不得不为压力容器“排气”，即将其中的氢气和水蒸气引出反应堆。排气时，燃料棒所含有的放射性物质“铯137”和“碘131”也被释放出来。
很快，安放反应堆的厂房内部被氢气和放射性物质充满，其中的氢（H）和氧（O）进行剧烈反应，发生“氢爆炸”。结果，本来被封闭在厂房内部的放射性物质泄漏到外部，随风飘散开来，从而对核电站外部造成了污染。
随后，使用水泵车等进行注水冷却，一直持续两个多月，后来，没有发生新的氢爆炸。但注水冷却又带来新的问题。注入乏燃料池的水溢出，聚集在反应堆厂房和汽轮机厂房的地下。这些积水一部分变为水蒸气逸出，另一部分则不断从反应堆的受损部位流出。
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（更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2011年10月号）
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