Sådan fungerer en nuklear nedsmeltning

Udtrykket "nuklear nedsmeltning" er blevet synonymt med værst tænkelige scenarier. Dette er sandt, uanset om du taler om din chefs figurative sammenbrud på kontoret eller de helt virkelige bekymringer omkring sådanne begivenheder som Fukushima Daiichi -atomkraftkatastrofen i 2011.

Ja, da atomkraftværker ikke kan producere en atomsprængning i Hiroshima-stil, en nedsmeltning er omtrent lige så slem, som den bliver. Talrige nukleare nedsmeltninger er sket gennem menneskehedens atomalder, selvom der heldigvis kun er sket fire store begivenheder på civile anlæg. Den første fandt sted i den schweiziske Lucens -reaktor i 1969. Three Mile Island -ulykken skete et årti senere, efterfulgt af Ruslands Tjernobyl -katastrofe i 1986 og rodet i Fukushima Daiichi i 2011.

International Atomic Energy Agency (IAEA) rangerer atomhændelser på en skala fra nul til syv, lige fra en simpel afvigelse uden sikkerhedsmæssig betydning (niveau 0) til en større ulykke (niveau 7) som Tjernobyl, hvor der opstår omfattende sundheds- og miljøskader. Hvilket skaber øde byer og ødelæggelsesmærker som elefantens fod.

Interessant nok, hverken IAEA eller U.S. "men ordene vækker fortsat frygt. I denne artikel, vi vil nedbryde, hvordan en atomreaktor fungerer, og hvordan en nedsmeltning kan forekomme.

Bare rolig ikke for meget over komplekse ligninger, fordi hele situationen i sidste ende kommer ned til varme. Korrekt kontrolleret varme inde i en reaktor hjælper med at generere strøm. Ukontrolleret varme, på den anden side, kan få selve reaktoren til at smelte og forurene det omgivende miljø med farlig stråling.

Gå nu til næste side for at lære, hvad der sker inde i en sund reaktor.

1. Inde i en funktionel atomreaktor
2. Inde i en atomkraftsmeltning
3. Sådan stopper du en atomkonflikt

Inde i en funktionel atomreaktor

Varme gør hele forskellen. Det er nøglen til at forstå, hvordan en sund atomreaktor fungerer, og hvordan en nedsmeltning opstår i en kompromitteret.

Først, lad os se på et grundlæggende kulforbrændingsværk:Vi brænder kul for at skabe varme. Denne varme koger vand til at ekspandere, damp under tryk, der leder til en turbine, som spinder en generator for at producere den værdifulde gnist.

Et atomkraftværk fungerer på samme måde, kun varmen kommer fra en induceret fissionsreaktion der forekommer i reaktoren. Fission refererer til når et materiales atomer støt deles i to, frigiver en masse energi og en varme, vi kalder henfaldende varme . Se, uran og andre radioaktive elementer undergår allerede spontan fission i meget langsomme hastigheder uden menneskelig hjælp. I et atomkraftværk, operatører ansporer kunstigt, eller fremkalde, denne fissionsreaktion ved at bombardere de uranfyldte brændstofstænger med neutroner fra tidligere fissionsreaktioner. Dette betyder mere varme til at koge vand til damp.

Selvfølgelig, du vil ikke have, at temperaturen inde i atomreaktoren stiger for højt, så de ikke beskadiger reaktoren og afgiver skadelig stråling. Så, kølevæsken (ofte vand) inde i reaktorens kerne tjener også til at dæmpe temperaturen på atombrændstofstængerne.

Det er som at køre bil:Du vil ikke overophedes motoren, fordi det kan skade det. Forskellen, imidlertid, er, at du kan slukke et køretøj og lade motoren køle af. En bil genererer kun varme, mens den kører og muligvis i kort tid efter.

De radioaktive materialer inde i en atomreaktor, imidlertid, er en anden historie. Uran og endda udstrålede værktøjer og dele vil fortsat generere henfaldsvarme, selvom fabriksoperatører lukker alle inducerede fissionsreaktioner ned. Hvilket de kan gøre på få minutter.

På den næste side, vi går inde i en atomkraftsmeltning.

Inde i en atomkraftsmeltning

Mens vi diskuterer, hvad en nuklear nedsmeltning er, Det er også vigtigt at tale om, hvad en atomkraftsmeltning ikke er. Det er ikke en atomeksplosion. En nedsmeltning vil heller ikke brænde et hul gennem midten af ​​jorden, som populært i katastrofefilmen "The China Syndrome" fra 1979.

I en atomkraftsmeltning, vi står over for en reaktor, der brænder ude af kontrol, til det punkt, hvor den får skader fra sin egen varme. Typisk, dette stammer fra en tab af kølevæskeulykke ( LOCA ). Hvis cirkulation af kølevæske gennem reaktorkernen bremser eller stopper helt, temperaturen stiger.

De første ting, der skal smelte, er selve brændstofstængerne. Hvis anlægspersonale på dette tidspunkt kan genoprette kølevæskecirkulationen, ulykken kvalificeres som en delvis nuklear nedsmeltning . Three Mile Island -hændelsen fra 1979 falder ind under denne kategorisering:Unit 1 -reaktorens kerne smeltede, men beskyttelseshuset omkring kernen forblev intakt. Faktisk, atomkraftværket Three Mile Island's Unit 2 -reaktor fortsætter med at producere strøm i skyggen af ​​dets deaktiverede modstykke.

Hvis den ikke er markeret, imidlertid, en delvis nuklear nedsmeltning kan forværres til en total atomnedbrydning . Sådanne situationer bliver et kapløb med tiden, da nødhjælpsteam forsøger at afkøle kerneresterne, før de smelter gennem lagene af beskyttelseskappe og endda selve indeslutningsbygningen. I 1986, Russiske hold jagtede de smeltede rester af atomkraftværkets reaktorkerne i Tjernobyl ind i anlæggets kælder, oversvømme det med vand for at afkøle materialerne, før de kunne brænde gennem indeslutningsbygningen og forurene grundvandet.

I marts 2011, Japans atomkraftværk i Fukushima Daiichi oplevede et tab af kølevæskeulykke, da et kraftigt jordskælv beskadigede backupgeneratorer, der leverede strøm til anlæggets vandkølervæskepumper. Begivenhederne, der fulgte, illustrerer nogle af de yderligere komplikationer, der kan opstå under en nuklear nedsmeltning.

Stråling i nogle af Fukushima Daiichis overophedede reaktorer (anlægget havde seks) begyndte at splitte vandet i ilt og brint. De resulterende brinteksplosioner overtrådte de sekundære indeslutningsstrukturer (eller andet beskyttelsesniveau) af mindst tre reaktorer, så endnu mere stråling kan slippe ud. En efterfølgende eksplosion rystede en enhed så hårdt, at den beskadigede en reaktors primære indeslutningsstruktur.

Så hvordan stopper du en nuklear nedsmeltning fra at opstå eller blive værre? Find ud af det på den næste side.

Sådan stopper du en atomkonflikt

Igen, nukleare nedsmeltninger kommer ned til varme og det afgørende behov for et operativt kølevæskesystem for at holde forholdene i skak. Fukushima Daiichi -katastrofen minder os om, at dette system er kritisk, selvom al fissionsaktivitet er blevet lukket ned. Den japanske fabrik nedsænkede automatisk brændstofstængerne, når der opstod øget seismisk aktivitet, effektivt stopper alle fissionsreaktioner inden for 10 minutter. Men disse stænger genererede stadig henfaldsvarme, der krævede et funktionelt kølesystem.

Det er også derfor, radioaktivt affald på højt niveau, såsom bestrålet eller brugt atomreaktorbrændstof, udgør en sådan bekymring. Det tager titusinder af år for disse materialer at forfalde til sikre radioaktive niveauer. I meget af denne tid, de kræver et kølesystem eller tilstrækkelige indeslutningstiltag. Ellers, de brænder igennem alt hvad du putter dem i.

Tidligere design af atomkraftværker har vist sig endnu mere tilbøjelige til at falde sammen, imidlertid. På tidspunktet for de respektive ulykker, kraftværkerne i Fukushima Daiichi og Three Mile Island brugte vand ikke kun som kølevæske, men også som moderator . En moderator reducerer hastigheden af ​​hurtige neutroner, gør dem mere tilbøjelige til at kollidere med fissionable brændstofkomponenter og mindre tilbøjelige til at kollidere med ikke -fissionable brændstofkomponenter. Med andre ord, en moderator øger sandsynligheden for, at der opstår fission i reaktoren. Når vandet dræner fra kernen i en sådan reaktor, derfor, fission stopper automatisk.

Tjernobyl, på den anden side, brugt solid grafit som moderator. Hvis kølevæsken løber ud, moderatoren bliver tilbage. Som sådan, tab af vand i en reaktor af Tjernobyl-typen kan faktisk øge fissionshastigheden.

For at forhindre tab af kølemiddelulykke i at blive til en nedsmeltning, fabriksoperatører skal køle reaktorens kerne ned. Dette betyder at skylle mere kølevæske gennem overophedede brændstofstænger. Jo nyere brændstofstængerne er, jo hurtigere denne nedkøling vil ske.

Hvis en delvis nedsmeltning begynder at forekomme, stængerne vil nedgang . Hvis ikke markeret, de faldende stænger vil derefter smelte og samle sig i bunden af ​​reaktorkernen i et stort smeltet slam. Det radioaktive slam ville udgøre en endnu større køleudfordring. Det er ikke kun en enkelt masse (i modsætning til flere uafhængige stænger), den ene side af den presses mod bunden af ​​reaktorkernen, konstant brænder igennem den via den varme, den producerer.

I Tjernobyls tilfælde, beredskabsteam pumpede i hundredvis af tons vand for at køle reaktorkernen. Næste, de dumpede bor, ler, dolomit, bly og sand videre til den brændende kerne med helikopter for at slukke brande og begrænse de radioaktive partikler, der stiger op i atmosfæren. I de følgende måneder, de indkapslede den ødelagte plante i en betonafskærmning, der ofte omtales som en sarkofag .

Igen, atomkraftværker koger i sidste ende ned til varmeproduktion, og deres vedligeholdelse afhænger af korrekt regulering af den varme. Hvis kølevæskesystemer fejler, forhold kan støt brænde ude af kontrol.

Udforsk linkene på den næste side for at lære endnu mere om atomkraft.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer Japans atomkrise
• Sådan fungerer atomubåde
• Sådan fungerer atomkraft
• Sådan fungerer nukleare detektiver
• Sådan fungerer atombomber
• Hvordan ville atomvinteren være?
• Sådan fungerer atomstråling
• Sådan fungerer atomfusionsreaktorer
• 5 største atomreaktorer

Flere store links

• USA's Nuclear Regulatory Commission
• World Nuclear Association

Kilder

• Amos, Jonathan. "Langt spil på atomkraftværket i Japan." BBC News 29. marts, 2011. (5. april, 2011) http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-12896690
• "Tjernobyl -ulykken." World Nuclear Association. Marts 2011. http://www.world-nuclear.org/info/chernobyl/inf07.html
• Chua-Eoan, Howard. "Sådan stopper du en atomkonflikt." TID. 12. marts 2011. (5. april, 2011) http://www.time.com/time/world/article/0, 8599, 2058615, 00.html
• Grier, Peter. Smeltning 101:Hvad er en atomreaktorsmeltning? Christian Science Monitor. 14. marts 2011. (5. april, 2011) http://www.csmonitor.com/USA/2011/0314/Meltdown-101-What-is-a-nuclear-reactor-meltdown
• "Japansk flygter, når advarsler fra atomkraftværker vokser uhyggeligt." NPR. 15. marts, 2011. (marts, 15, 2011) http://www.npr.org/2011/03/15/134552919/stunned-japan-struggles-to-bind-its-wounds
• Marder, Jenny. "Mekanik ved en nuklear nedsmeltning forklaret." PBS Newshour. 15. marts, 2011. (5. april, 2011) http://www.pbs.org/newshour/rundown/2011/03/mechanics-of-a-meltdown-explained.html
• Sobel, Michael. "Atomulykker". Brooklyn College. (5. april kl. 2011) http://academic.brooklyn.cuny.edu/physics/sobel/Nucphys/acc.html
• Sorenson, Kirk. "Forklarer:Hvad forårsagede hændelsen i Fukushima-Daiichi." Forbes. 15. marts, 2011. (marts, 15, 2011) http://blogs.forbes.com/christopherhelman/2011/03/15/explainer-what-caused-the-incident-at-fukushima-daiichi/
• "Verdens atomkraftreaktorer og urankrav." World Nuclear Association. 2. marts 2011. (15. marts, 2011) http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html
• Zyga, Lisa. Hvordan fungerer en nuklear nedsmeltning? Physorg.com. 17. marts 2011. (5. april, 2011) http://www.physorg.com/news/2011-03-nuclear-meltdown-video.html