[科普中国]-堆芯破裂事故

堆芯破裂事故，即堆芯熔毁（英语：meltdown），又称为核熔毁或熔毁，是核反应堆因无法及时冷却而熔化造成的损毁。堆芯熔毁后可引发具有放射性的物质外泄，影响人类及其他生物的健康。在核电站中，堆芯熔毁稳定化系统（Core Melt Stabilization System）会用来减缓堆芯熔毁的影响，并确保核心保护壳的完整性。

核泄漏虽也可指使用核动力的航海器具（如潜艇或航空母舰等）所发生的灾害，不过一般是指用核电站内发生的核熔毁事件，例如切尔诺贝利核事故与福岛第一核电站事故。

原因堆芯熔毁的原因可能有以下几种：

反应堆冷却剂的冷却能力异常降低或丧失（核电站冷却剂丧失事故）

应对堆芯异常的输出上升时，紧急停止（控制棒完全插入以紧急停机）失败

堆芯发生异常过渡变化

大地震、重量物落下等造成堆芯受损（包括被覆管因高温而脆化受损的情况）

冷却水的回路受阻造成冷却能力降低

其中最主要是核反应堆的冷却系统发生故障或因外界因素自动停止运作，即使控制棒已插入炉内，核裂变反应产生的热也会将累积在炉内，将水烧干。当燃料棒所包覆的锆锡合金（Zircaloy）因炉内温度过高而达到两千多度的熔点时，便可能使反应堆燃料棒中的核燃料如氧化铀外泄出燃料棒。1

危害炉内的水沸腾后所形成的高温水蒸气与锆锡合金接触时，会分解出氢气：

Zr + 2H2O → ZrO2+ 2H2↑

当氢气无法排出而累积，与空气混合后，则可能会发生氢气爆炸而损坏压力容器及围阻体。

堆芯熔毁之后果可能是放射性物质逸出反应堆压力容器，甚至是围阻体。

没有破坏围阻体的核泄漏所发出的辐射导致的危害大多远比核武器的小，但若围阻体损坏，对邻近土地的长期污染很有可能远超过核武器爆炸。这是因为核电厂储存的燃料及核废料量远超过核子弹，而且核子弹爆炸时已经将大部分的燃料给反应掉，因此原子弹的污染在短期内就会降低到可接受程度，而核电厂严重事故释出的污染物质，不但数量庞大，也有数万年以上的半衰期。

另外，核泄漏虽然不一定总会引发核灾害，但已是已知核能应用上的最大安全及环保隐忧。2

发生过的堆芯熔毁事故1966年恩里科·费米核电厂一号机事故（Fermi 1，美国密歇根州）

1969年Lucens核电厂事故（瑞士沃州）

1979年三哩岛核泄漏事故（美国宾州，国际核事件分级表列为第5级）

1986年切尔诺贝利核电厂事故（苏联，现今乌克兰，国际核事件分级表列为第7级）

2011年福岛第一核电厂事故（日本福岛县，国际核事件分级表列为第7级）3

三哩岛核泄漏事故三里岛核泄露事故，通常简称“三里岛事件”，是1979年3月28日发生在美国宾夕法尼亚州萨斯奎哈纳河三里岛核电厂（Three-Miles Island Nuclear Generating Station）的一次部分堆芯熔毁事故。该事件被评为国际核事件分级第5级，亦是美国核电历史上最严重的一次事故。

当天凌晨4时0分0秒，三哩岛核电厂95万千瓦压水式二号反应堆一回路的给水主泵停转，汽轮机停机。此时备用泵应按照预设的程序启动，但是由于辅助给水系统中隔离阀在此前的例行检修中没有按规定打开，导致辅助给水系统没有动作。

二号机组的回路冷却水没有按照程序进入蒸汽发生器，热量在反应堆中心处持续聚集，堆芯压力上升，导致稳压器卸压阀于4时0分03秒开启，放出堆芯内的部分汽水混合物。当下反应堆于4时0分08秒自动停堆，当反应堆内压力下降至正常时，卸压阀又由于故障未能自动回座，使堆芯冷却剂以45m/s继续外流。压力降至正常值以下却由于发生机械故障，在堆心压力回复正常值后堆芯冷却水继续注入减压水槽，造成减压水槽水满外溢；4时2分2秒主系统压力继续下降至11.3MPa，“堆芯紧急冷却系统(RCIC)”的高压注水自动启动，向堆芯注入冷却水。但反应堆操作员未判明卸压阀没有回座，反而于4时3分13秒关闭了应急堆芯冷却系统，停止了向堆芯内注水。

一回路冷却水大量排出造成堆芯上部失水，堆芯上部燃料棒的温度超过2760度，堆腔上部形成了蒸汽。反应堆操作员恢复高压安注系统和主泵运行后，260度的水遇到2760度堆芯，堆芯燃料棒像玻璃一样破裂，堆芯坍塌。堆芯90%的燃料棒包壳破损，47%的核燃料已经融毁并发生泄漏，系统发出了放射性物质外漏的警报，但由于警报响起时并未引起运行人员的注意，甚至现时的纪录报告都指出没有人注意到警报。直到当天晚上19时50分，二号堆实现强迫循环，但运行人员始终没有察觉堆芯的损坏和放射性物质的外漏。3

切尔诺贝利核事故切尔诺贝利核事故（或简称“切尔诺贝利事件”），是1986年4月26日苏联乌克兰普里皮亚季市切尔诺贝利核电站发生的核反应堆破裂事故。该事故被认为是历史上最严重的核电事故，也是首例被国际核事件分级表评为最高第七级事件的特大事故。主因为反应堆进行供电测试时，因设计缺陷与操作人员的训练不足，功率的剧增导致反应堆被破坏，并使大量的放射性物质被释放到环境中。最初发生的蒸气爆炸导致两人死亡，接踵而至的绝大部分受害者的病因及死因都归咎于事故中释放的高能辐射，然而辐射尘少量放射导致的影响依旧争论不休。

1986年4月26日凌晨1点23分（UTC+3），乌克兰普里皮亚季邻近的切尔诺贝利核电厂的第四号反应堆发生了爆炸。连续的爆炸引发了大火并散发出大量高能辐射物质到大气层中，这些放射性尘埃涵盖了大面积区域。这次灾难所释放出的辐射线剂量是二战时期爆炸于广岛的原子弹的400倍以上。核辐射尘污染过的云层飘往众多地区，包括前苏联西部的部分地区、西欧、东欧、斯堪的纳维亚半岛、不列颠群岛和北美东部部分地区。此外，乌克兰、白俄罗斯及俄罗斯境内均受到严重的核污染，超过336,000名的居民被迫撤离。前苏联官方的报告表示，约60%受到辐射尘污染的地区皆位于白俄罗斯境内。经济上，这场灾难总共损失大概两千亿美元（已计算通货膨胀），是近代历史中代价最“昂贵”的灾难事件。

这次意外引起了全世界对于苏联核电工业上的安全顾虑，并减缓了一系列的核电工程进度。同时，此事件促使苏联政府的讯息公布更趋透明化。苏联解体后的独联体及各独立国家，包括俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯，至今仍为切尔诺贝利事件所遗留的一系列污染问题付出极大代价。此次事故对当地乃至全球生态造成了难以想像的负面影响，仅事件所造成的死亡人数就因主观与客观的原因难以精确计算——前苏联时期的刻意隐瞒，使得统计工作变得非常困难。事实上，前苏联当局在事件发生后不久，就禁止医生在死亡证明上提及“辐射线”的死因事实。

由国际原子能总署和世界卫生组织所主导的切尔诺贝利论坛在2005年所提出的切尔诺贝利事件报告中，共56人死亡（47名救灾人员，9名罹患甲状腺癌的儿童），并估算在高度辐射线物质下暴露的大约60万人中，将额外有4,000人将死于癌症。此数据包括已诊断出的4,000名儿童甲状腺癌将造成的死亡数字（依据白俄罗斯的经验，存活率接近99%）。绿色和平组织所估计的总伤亡人数是93,000人，但引用在一份最新出炉的报告中的数据指出发生在白俄罗斯、俄罗斯及乌克兰单独事件在1990年到2004年间可能已经造成20万起额外的死亡，但此数字来源并非来自经过同侪审查的学术论文。尽管疏散区域和某些限制地区还有些管制，但是大多数的受影响区域已经被认为可以安全地居住和进行经济活动，针对此地附近的废弃都市进行“辐射观光”的金额还在逐步成长。3

福岛第一核电站事故福岛第一核电厂事故（日语：福岛第一原子力発电所事故/ふくしまだいいちげんしりょくはつでんしょじこ）是位于日本福岛县海滨的福岛第一核电厂，因2011年3月11日发生的东日本大震灾所引起的一系列设备损毁、堆芯熔毁、辐射释放等核能灾害事件，为全球自1986年切尔诺贝利核电厂事故以来最严重的核能事故，也是第二起在国际核事件分级表中被评为第7级（最严重等级）的核电厂事故。

福岛第一核电厂设有6个沸水反应堆机组。在地震发生时，仅有1至3号机组正常运转，4至6号机组则因定期检查而停机中。当侦测到地震时，1、2、3号机组亦立刻进入自动停机程序，因此厂内发电功能均告停止。同时机组与电力网的连接也遭受到大规模损毁，只能倚赖紧急柴油发电机驱动电子系统与冷却系统。但是，随即而来的大海啸淹没了紧急发电机室，损毁了紧急柴油发电机，令冷却系统停止运作，反应堆开始过热。地震与海啸造成的损毁也阻碍了外来的救援。在之后的几个小时到几天内，1、2、3号发生了堆芯熔毁。员工们努力设法使反应堆得以冷却，但之后又发生了几宗氢气爆炸事件。政府命令使用海水来冷却反应堆，这也意味着未来修复反应堆的念头彻底被打消。

为避免辐射外释危害附近居民健康，日本内阁官房长官枝野幸男于3月12日发布紧急避难指示，要求福岛核电站周边10千米内的居民立刻疏散。他表示：“因为核反应堆无法进行冷却，为预防万一，希望民众紧急避难。”辐射半径10千米范围内的居民都被迅速疏散，规模约4万5000人左右。稍后，又将疏散半径扩展至20千米。可是，在核电厂内工作的员工都遭到辐射曝露，当辐射水平过高的时候，还必须暂时撤离工作岗位。经过多日努力，电力网终于在3月20日恢复供电，使各机组能陆续恢复自动冷却功能。

4月12日，日本原子力安全保安院（简称“原安院”）将本次事故升级至国际核事件分级表中最高的第七级，是第二个被评为第七级事件的事故（第一个为1986年发生在前苏联的切尔诺贝利核事故）。这意味着本次事故为“可能会造成严重的健康影响及环境后果”的特大事故。由于与民众联络沟通不良，并且未能有效地管理紧急事故，日本政府与东京电力公司饱受外国舆论界批评。

日本政府估计释入大气层的总共辐射剂量大约是切尔诺贝利核电厂事故的十分之一。大量放射性物质也被释入土地与大海。日本政府在离核电厂30–50km区域检测出过高浓度的放射性铯，令人万分担忧，政府因此下令禁止买卖在此区域出产的食物。东京政府官员一度建议避免使用自来水调制料理给婴儿饮食。

这次事故已经严重地伤害了几位核电厂员工，虽然未有任何员工因为直接辐射曝露而不幸死亡，但有6位员工吸收到超过“终身摄入限度”的辐射剂量，约有300位员工也吸收到较大量辐射剂量。在核电厂附近居住的民众，因累积辐射曝露量而在未来患癌症死亡的人数估计约在100人以下。

2011年12月16日，日本首相野田佳彦宣布福岛第一核电站核泄漏已得到有效控制，1、2、3号反应堆冷停机成功，核事故处理第二阶段工作结束。但是，妥善清理周边区域的辐射污染，并且将整个核电厂除役，第三阶段可能还需要几十年不怠不懈地努力工作才能达成目标。

2013年7月22日，在事故发生之后两年又几个月，东电表示，核电站内的放射性污水正泄漏流入太平洋，当地渔民与核子监督机构的专家早先就怀疑会发生这问题。而东电先前坚决否认这问题的存在。因此，日本首相安倍晋三命令政府介入处理这紧急问题。8月20日，核电站又发生一起事件，多达300吨的高辐射浓度污水从污水储存槽外泄。这污水足以危害附近工作员工的健康。这次污水外泄事故被评为国际核事件分级表中的第三级。8月24日，东电表示，导致福岛第一核电站蓄水罐存储的放射性污水大量泄漏的原因是蓄水罐变形。此前东电曾经用橡胶圈对蓄水罐进行了密封，防止蓄水罐变形，但是，近日橡胶圈可能已经因老化而丧失功能。8月26日，日本政府采取紧急措施，直接出面解决外泄问题，避免这问题变得更严重，这动作显示出政府对于东电缺乏信心。9月3日，日本政府准备投入470亿日圆经费阻止污水外泄，并且建设冻土墙与除污装置。9月19日，日本首相安倍晋三亲自视察核电站并且做出指示，除了先前除役的四个反应堆以外，完好但停机的第五、六号反应堆也应报废，专心处理污水问题。安倍说：“此行目的正是要亲自见证。”

2017年1月30日，东电安排工作人员在安全壳外部将摄像机送入并拍摄照片并确认，反应堆压力容器下方的脚手架出现了约1平方米的破洞，根据推测，这是由于核燃料融穿压力容器后滴落导致的。在此之前(2011年)也曾有消息已经指出反应堆内部可能发生了融穿的情况

2017年2月9日，东电先后控制两个机器人深入安全壳内部检查反应堆状况，但均在到达目标位置之前由于辐射出现故障。此时安全壳内的辐射量为650希瓦特，目前仍没有方法得知反应堆内部具体情况。3

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学