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美國大幅增加對抗核工業事故的燃料棒的探討研究

2014-07-07 17:45:27 作者：金柱來源：

　　田納西大學的Kurt Sickfus教授，目前正與一些研究人員致力于開發抗核事故的燃燒棒。

　　【eCorr中國腐蝕與防護網消息】亞特蘭大--日本受損導致核電站爆炸損壞引發了2011年福島的一場核災難，迫使人群大規模疏散，這讓世人看到核燃料過熱時會發生什么。

　　為了防止類似2011年福島核事故的發生，美國政府大幅增加對核電安全防衛技術的研究經費，主要目的是研發一種能夠更有效抵御沖擊或損害的用于核燃料棒的保護性包層。希望激發科研人員在多年來都沒有太大改變的核燃料棒設計上有更多的創新。在福島核事故發生之前美國能源部只花費200萬美元用于未來燃料設計，事故發生之后其投入資金資金達到3000萬美元。

　　現在，多家機構的燃料棒設計研究已進入中期，最早今年夏天就可能進行反應堆測試。

　　這些研究的目標是為了使核燃料在極端條件下不會輕易損壞、熔毀以及發生化學反應。因為核燃料的化學反應會導致金屬包殼碎裂，產生爆炸性氣體--氫氣。如果研究人員在這方面取得成功，他們的設計就能夠讓核電站的工作人員在發生損壞事故時有更長時間來防止其演變成熔毀，以防止釋放出有害的輻射。防止事故發生不是靈丹妙藥，但是這是一個降低風險的方式。

　　“這從根本上來說是為核反應堆購買時間，” 致力于燃料循環的研究和發展的能源部主任安德魯·格里菲斯說。“這本質上是一個保險政策。”

　　政府和資助的科學家們正努力嘗試多種解決方案以試圖找到可能適合的技術。

　　據報道，幾十年來，核燃料棒設計沒太大轉變，都是將二氧化鈾壓縮，然后放入4.5米長的棒芯，再由鋯合金表面包裹。鋯合金層能抵御腐蝕和高熱，并防止輻射物質外泄，但福島核災證明這個設計在冷卻系統停運的最極端環境下，形同虛設。

　　這種金屬包殼可起到耐腐蝕、耐高溫、充當屏障防止放射性元素外泄的作用。但福島第一核電站的災難表明，在極端條件下它可能失靈。

　　地震發生后，海嘯撞擊核工廠的海堤并使運行反應堆冷卻系統所需的電氣裝置失效。冷卻系統和及其備用電氣裝置停止工作時，反應堆過熱。

　　隨著水位下降，包覆燃料的金屬與蒸汽發生氧化還原，產生氫氣。科學家認為這些逸出的氫氣是引起爆炸的原因，從而導致設備損壞。

　　同樣的，反應也會產生熱量，進一步導致了極端溫度，使得燃料融化和放射性產物逸出。反應堆正常運行時氧化反應也時有發生，但遠不及一個極端事故發生時的程度。

　　科研人員正考慮一系列改進措施。

　　有些人提議作出根本改變。電力研究所正在對鉬包殼進行試驗。相比目前使用的鋯合金，鉬在高溫下仍能保持強度。強度大的金屬在極端事故中能更有效防止核燃料熔毀。

　　田納西大學的設計師嘗試給包殼涂上更耐高溫的陶瓷層，而西屋電氣公司則希望以金剛砂作為未來燃料包殼的基礎。

　　來自現有燃料的改進設計可能會帶來更快的改變。伊利諾伊大學的設計師布倫特·霍伊澤爾在美國政府資助下開發可涂在現有包殼上的涂層，以防止能產生氫氣、熱量并削弱包殼的化學反應。他的團隊還對“自愈”型燃料感興趣。一旦發生事故，這種燃料中新添加的材料就可以移到燃料棒的表面，形成保護層。

　　然而，任何改變都會引起新的資金消耗。安全改進會增加成本，這是毋庸置疑的。這對注重成本控制的企業來說并不具有多大的吸引力，尤其是現有的保護性包層已經符合聯邦安全規則。