Bildgalleri:Nuclear Meltdown Disasters Reactor 2 ligger vilande i förgrunden vid Pennsylvania kärnkraftverk Three Mile Island. Se fler bilder på katastrofer för nedbrytning av kärnvapen. John S. Zeedick/Getty Images Uttrycket "kärnvapensmältning" har blivit synonymt med värsta fall. Detta är sant oavsett om du talar om din chefs bildliga sammanbrott på kontoret eller de verkliga bekymmerna kring sådana händelser som kärnkraftkatastrofen 2011 i Fukushima Daiichi.
Verkligen, eftersom kärnkraftverk inte kan producera en kärnkraftsprängning i Hiroshima-stil, en sammanbrott är ungefär lika illa som det blir. Många kärnvapensmältningar har inträffat under mänsklighetens atomålder, men tack och lov har bara fyra storskaliga händelser någonsin inträffat vid civila anläggningar. Den första ägde rum vid schweiziska Lucens -reaktorn 1969. Three Mile Island -olyckan inträffade ett decennium senare, följt av Rysslands katastrof i Tjernobyl 1986 och Fukushima Daiichi -röra 2011.
International Atomic Energy Agency (IAEA) rankar kärntekniska händelser på en skala från noll till sju, allt från enbart avvikelse utan säkerhetsbetydelse (nivå 0) till en större olycka (nivå 7) som Tjernobyl där omfattande hälso- och miljöskador uppstår. Vilket skapar öde städer och landmärken för förstörelse som elefantens fot.
Intressant nog, varken IAEA eller U.S. "men orden fortsätter att väcka rädsla. I denna artikel, Vi kommer att bryta ner hur en kärnreaktor fungerar och hur en smältning kan uppstå.
Oroa dig inte för mycket över komplexa ekvationer, eftersom hela situationen slutligen kommer till värme. Korrekt kontrollerad värme inuti en reaktor hjälper till att generera kraft. Out-of-control värme, å andra sidan, kan få själva reaktorn att smälta och förorena omgivningen med farlig strålning.
Gå nu till nästa sida för att lära dig vad som händer i en frisk reaktor.
Innehåll
Detta är en översikt över ett kärnkraftverk, men gå in och ta en rundtur för att se hur man fungerar. © 2011 HowStuffWorks.com Värme gör hela skillnaden. Det är nyckeln till att förstå hur en hälsosam kärnreaktor fungerar och hur en smältning sker i en komprometterad.
Först, låt oss titta på ett grundläggande kolkraftverk:Vi bränner kol för att skapa värme. Den värmen kokar vatten för att expandera, ånga under tryck som leder till en turbin, som snurrar en generator för att producera den värdefulla gnistan.
Ett kärnkraftverk fungerar på samma sätt, bara värmen kommer från en inducerad klyvningsreaktion som sker i reaktorn. Fission avser när ett materials atomer stadigt delas i två, släpper ut mycket energi och en värme som vi kallar förfallande värme . Ser, uran och andra radioaktiva element genomgår redan spontan klyvning mycket långsamt utan mänsklig hjälp. I ett kärnkraftverk, operatörer på konstgjord väg, eller framkalla, denna klyvningsreaktion genom att bombardera de uranfyllda bränslestavarna med neutroner från tidigare klyvningsreaktioner. Detta innebär mer värme för att koka vatten till ånga.
Självklart, du vill inte att temperaturen inne i kärnreaktorn ska stiga för högt, så att de inte skadar reaktorn och släpper ut skadlig strålning. Så, kylvätskan (ofta vatten) inuti reaktorns kärna tjänar också till att dämpa temperaturen på kärnbränslestavarna.
Det är som att köra bil:Du vill inte överhetta motorn, för det kan skada det. Skillnaden, dock, är att du kan stänga av ett fordon och låta motorn svalna. En bil genererar bara värme medan den är igång och möjligen en kort stund efter.
De radioaktiva materialen i en kärnreaktor, dock, är en annan historia. Uran och till och med utstrålade verktyg och delar kommer att fortsätta att generera sönderdelningsvärme även om anläggningsoperatörer stänger av alla inducerade klyvningsreaktioner. Vilket de kan göra på några minuter platt.
På nästa sida, vi går in i en kärnvapensmältning.
När vi diskuterar vad en kärnvapensmältning är, Det är också viktigt att prata om vad en kärnvapensmältning inte är. Det är inte en kärnvapenexplosion. Inte heller kommer en smältning att bränna ett hål genom jordens mitt, som populariserades i katastroffilmen "Kinas syndrom" från 1979.
I en kärnvapensmältning, vi står inför en reaktor som brinner ut ur kontroll, till den punkt där den skadar sig från sin egen värme. Vanligtvis, detta härrör från a förlust av kylvätskeolycka ( LOCA ). Om kylvätskecirkulationen genom reaktorkärnan bromsar eller stannar helt, temperaturen stiger.
De första sakerna att smälta är själva bränslestavarna. Om anläggningspersonalen kan återställa kylvätskecirkulationen vid denna tidpunkt, olyckan kvalificerar sig som en delvis kärnvapensmältning . Händelsen Three Mile Island 1979 faller under denna kategorisering:Enhet 1 -reaktorns kärna smälter, men skyddshöljet runt kärnan förblev intakt. Faktiskt, kärnkraftverkets Three Mile Island -enhet 2 -reaktor fortsätter att producera kraft i skuggan av dess inaktiverade motsvarighet.
Om den inte är markerad, dock, en partiell kärnvapensmältning kan förvärras till en total kärnvapensmältning . Sådana situationer blir en tävling mot tiden när räddningsteam försöker kyla ner kärnresterna innan de smälter igenom lagren av skyddshölje och till och med själva inneslutningsbyggnaden. 1986, Ryska lag jagade de smälta resterna av kärnkraftverkets reaktorkärna i Tjernobyl in i anläggningens källare, översvämma det med vatten för att kyla av materialen innan de kunde brinna genom inneslutningsbyggnaden och förorena grundvattnet.
I mars 2011, Japans kärnkraftsanläggning Fukushima Daiichi upplevde en förlust av kylvätskeolycka när en kraftig jordbävning skadade reservgeneratorer som levererade kraft till anläggningens vattenkylvätskepumpar. Händelserna som följde illustrerar några av de ytterligare komplikationer som kan uppstå under en kärnsmältning.
Strålning i några av Fukushima Daiichis överhettade reaktorer (anläggningen hade sex) började dela vattnet i syre och väte. De resulterande vätexplosionerna bröt mot de sekundära inneslutningsstrukturerna (eller andra skyddsnivån) för minst tre reaktorer, tillåter ännu mer strålning att fly. En efterföljande explosion skakade en enhet så hårt att den skadade en reaktors primära inneslutningsstruktur.
Så hur förhindrar du att en kärnvapensmältning inträffar eller växer sig värre? Ta reda på det på nästa sida.
Högstrålade helikoptrar som används för att dumpa betong och vatten på Tjernobylreaktorn 1986 låg på ett fält nära den ukrainska byn Rosoha. Daniel Berehulak/Getty Images På nytt, kärnkraftsavbrott kommer till värme och det viktiga behovet av ett operativt kylvätskesystem för att hålla förhållandena i schack. Fukushima Daiichi -katastrofen påminner oss om att detta system är kritiskt även om all klyvningsaktivitet har stängts av. Den japanska fabriken nedsänkte automatiskt bränslestavarna när ökad seismisk aktivitet inträffade, effektivt stoppa alla klyvningsreaktioner inom 10 minuter. Men de stavarna genererade fortfarande sönderfallsvärme som krävde ett funktionellt kylvätskesystem.
Det är också därför radioaktivt avfall på hög nivå, såsom bestrålat eller använt kärnreaktorbränsle, ger en sådan oro. Det tar tiotusentals år för dessa material att förfalla till säkra radioaktiva nivåer. Under mycket av denna tid, de kommer att kräva ett kylvätskesystem eller tillräckliga inneslutningsåtgärder. Annat, de kommer att bränna igenom allt du lägger dem i.
Tidigare design av kärnkraftverk har visat sig ännu mer benägna att smälta, dock. Vid respektive olycka, kraftverken i Fukushima Daiichi och Three Mile Island använde vatten inte bara som kylvätska utan också som moderator . En moderator minskar hastigheten på snabba neutroner, vilket gör dem mer benägna att kollidera med klyvbara bränslekomponenter och mindre benägna att kollidera med icke -klyvbara bränslekomponenter. Med andra ord, en moderator ökar sannolikheten för att klyvning uppstår i reaktorn. När vattnet rinner ut från kärnan i en sådan reaktor, därför, klyvningen stannar automatiskt.
Tjernobyl, å andra sidan, använde fast grafit som moderator. Om kylvätskan rinner bort, moderatorn ligger kvar. Som sådan, förlust av vatten i en reaktor av Tjernobyltyp kan faktiskt öka klyvningshastigheten.
För att förhindra att en förlust av kylvätskeolycka förvandlas till en nedsmältning, anläggningsoperatörer måste kyla ner reaktorns kärna. Detta innebär att mer kylvätska spolas genom de överhettade bränslestavarna. Ju nyare bränslestavarna är, desto snabbare kommer denna nedkylning att ske.
Om en partiell nedbrytning börjar inträffa, stavarna kommer nedgång . Om det inte är markerat de slinkande stavarna kommer sedan att smälta och samlas i botten av reaktorkärnan i ett stort smält slam. Det radioaktiva slammet skulle utgöra en ännu större kylutmaning. Det är inte bara en enda massa (i motsats till flera oberoende stavar), ena sidan pressas mot botten av reaktorkärnan, brinner stadigt genom den via värmen den producerar.
I Tjernobyls fall, räddningsteam pumpade in hundratals ton vatten för att kyla reaktorkärnan. Nästa, de dumpade bor, lera, dolomit, bly och sand vidare till den brinnande kärnan med helikopter för att släcka bränderna och begränsa de radioaktiva partiklarna som stiger upp i atmosfären. Under månaderna som följde, de inneslutna den förstörda anläggningen i en betongskärmning som ofta kallas en sarkofag .
På nytt, kärnkraftverk kokar slutligen till värmeproduktion, och deras underhåll beror på korrekt reglering av den värmen. Om kylvätskesystem misslyckas, förhållandena kan stadigt brinna ur kontroll.
Utforska länkarna på nästa sida för att lära dig ännu mer om kärnkraft.
