在1986年，烏克蘭切爾諾貝利核電廠的災(zāi)難，讓全世界都為之震撼。但最近幾年，有一項驚人的研究發(fā)現(xiàn)，多年后，被熔化的核材料竟然重新激活。由于該現(xiàn)象對人們對于核災(zāi)難的認(rèn)識提出了新的質(zhì)疑，因此受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。
到底是什么造成核反應(yīng)堆核心在數(shù)十年后又被重新點燃？切爾諾貝利事故的余波還會繼續(xù)嗎？
核廢料在地下熔化過程中的變化
引發(fā)切爾諾貝利災(zāi)難的原因是核電站4號反應(yīng)爐的設(shè)計有問題。這座基于 Soviet RBMK結(jié)構(gòu)的核聚變堆存在著很多問題，最大的問題之一就是在常規(guī)操作過程中容易發(fā)生融化核廢料泄漏。這個設(shè)計上的缺陷造成了核反應(yīng)堆中不正常的升溫，從而引起了一場災(zāi)難。
作業(yè)人員的過失也是造成這次意外的原因之一。那個時候，操作者在做一次測試時，違背了操作規(guī)程，而且還做了一些值得懷疑的動作。在測試過程中，控制棒的下落速率很慢，這造成了冷卻液流量急劇降低，最后引起了反應(yīng)器的過熱。
核反應(yīng)堆中的核燃料棒也扮演著很大的角色。在爆炸前，核反應(yīng)堆的外層材料以鋁材為主，但在較高溫度下，鋁材是一種極易腐蝕的材料。隨著堆芯溫度的升高，在堆芯中，鋁質(zhì)元素會與堆芯中的氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后造成堆芯破裂。
在地下熔化過程中，核廢料中的元素與冷卻液的反應(yīng)也與冷卻液的選用有關(guān)。切爾諾貝利原本是以水為冷卻介質(zhì)，但為了降低核輻射的速率，人們向核輻射中注射了很多水。隨著堆芯溫度突然上升，水很快變成了水蒸氣，并且形成了很大的壓強。這樣就會提高堆芯融化的危險，最后造成堆芯融化。
地下熔化核心升溫
在切爾諾貝利核電廠發(fā)生的一次核泄漏事件中，由于堆芯中的核燃料積聚而引起了巨大的高溫，從而引起了核電廠的嚴(yán)重破壞。當(dāng)融化的燃油漸漸沉入地面時，它的溫度就會很快升高。熔融巖心在埋藏過程中，由于其溫度過高，會對周邊土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)造成較大的應(yīng)力，從而引起地基失穩(wěn)、建筑物倒塌等一系列重大事故。
由于地底熔化爐內(nèi)的溫度升高，熔化的磷酸鹽和水蒸氣將產(chǎn)生強烈的反應(yīng)，從而產(chǎn)生了巨大的氫氣。當(dāng)溫度升高時，土壤中的磷元素也會以磷蒸氣形式被蒸發(fā)。
如果磷水蒸氣遇到氫氣，就會產(chǎn)生磷和氫的混合液，成為一種極易燃燒的可爆炸氣體。當(dāng)能量達(dá)到某個臨界值時，發(fā)生磷酸鹽水蒸氣爆炸，則會使事故更加嚴(yán)重。
切爾諾貝利核事件發(fā)生后，核子發(fā)生了爆炸并發(fā)生了大火，造成了核子燃料的融化與破壞。在地下熔化過程中，防護(hù)系統(tǒng)的不完善也是導(dǎo)致熔化過程中產(chǎn)生高溫的一個主要因素。在那時候，核電廠的設(shè)計并沒有想到核反應(yīng)堆融化之后會發(fā)生什么，也沒有采取有效措施，這就造成了更嚴(yán)重的問題。由于缺少相應(yīng)的防護(hù)手段，導(dǎo)致了地下熔化爐內(nèi)高溫升高現(xiàn)象的加劇。
一種由核燃料和一種混合氣所引起的化學(xué)反應(yīng)引起的火情
在核能系統(tǒng)中，核燃料與冷卻介質(zhì)（通常為水）密切接觸，而冷卻介質(zhì)經(jīng)燃料棒循環(huán)，并對核燃料產(chǎn)生的熱能進(jìn)行吸附，從而保證了反應(yīng)堆的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。但是，在切爾諾貝利發(fā)生的一次意外事件中，沒有充分的制冷劑可以將核燃料在緊急關(guān)停期間所產(chǎn)生的熱能帶走。
在沒有充分冷卻的條件下，核燃料會快速變熱，而在堆芯中，隨著溫度的升高，燃料棒將發(fā)生斷裂，并與其他物質(zhì)（如建筑物質(zhì)、冷卻液等）發(fā)生反應(yīng)。它們之間的交互作用將會引起一系列的化學(xué)變化，從而引起火災(zāi)。
核燃料和水汽發(fā)生反應(yīng)。在很高的溫度下，堆芯表層就會裂開，并會放出一些東西，其中就有氣體和水蒸氣。在大氣中，這種氣體和水蒸氣很快就會與氧發(fā)生作用，生成硝酸以及其他普通的氧化劑。該化學(xué)反應(yīng)所生成的熱能將使整個火勢更快。
在高溫下，由核廢料中的元素（如鈾和鈦）與大氣中的氧發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，從而形成了一種金屬氧化物。在較高的溫度下，這種氧化物易于產(chǎn)生自然燃燒的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生強烈的火焰。而在此基礎(chǔ)上，還會加速核材料的氧化性與可燃性，使得火災(zāi)繼續(xù)擴大。
燃燒中的燃料棒被分解并融化，使火焰更加猛烈。在核燃料中，由于溫度過高及發(fā)生氧化反應(yīng)，使其發(fā)生溶蝕并融化。在高溫高壓下，核能被分解并融化后，會產(chǎn)生大量的水珠和熔渣，它們具有很強的反應(yīng)性和可燃性。當(dāng)金屬顆粒與其他物質(zhì)（如建筑材料、冷卻介質(zhì)等）發(fā)生碰撞時，會引起更大范圍的火災(zāi)。
切爾諾貝利災(zāi)難距今已經(jīng)過去了幾十年，但近來又有新的報道，顯示地底深處的核反應(yīng)堆核心被再次點燃，這引起了人們對核電站爆炸后果的擔(dān)心與恐懼。盡管在核泄漏事件發(fā)生初期，我國已對反應(yīng)堆進(jìn)行了多項封閉處理，但因其特殊的地理條件以及長時間的放射性污染，仍有可能導(dǎo)致反應(yīng)堆再起動。
這個研究結(jié)果為人們敲響了對核電安全的一個重大警示，同時也讓人們對核電技術(shù)中存在的一些隱患無法完全忽略。我們必須對發(fā)展核電所遇到的問題持審慎態(tài)度，對核電的安全性進(jìn)行更多的投入和研發(fā)。這是我們唯一能夠保證使用核電不會引起更大災(zāi)難的方法。
