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说核 | 核电站中的“斧头人”,你听说过吗?

发布时间:2016-7-11 08:57    来自: 中国核网

编者按:1942年芝加哥的费米堆到现在,核电一路走来,跌跌撞撞,发展并不顺利。回顾核安全的发展史,大部分时间不会像三里岛、切尔诺贝利以及福岛事故那样引人注目。然而,这些貌似平淡的历史可以增进我们对核安全的了解,即过往的岁月里,科学家、工程师以及技术专家们是如何应对全新且强大的技术挑战的。本文带大家了解反应堆发展之初科学家们是如何考虑核安全的。

核电发展简史

核电发展的第一个十年是致力于证明反应堆可以设计,建造和操作;第二个十年致力于显示反应堆可以经济地运行;第三个十年看到了一个可行的商业产业的兴起;第四个十年,穿插了三哩岛事故,是一个商业的快速发展同时强调提高政府监管的时代;第五个十年,由于切尔诺贝利事故,核电发展遭到严重的公众质疑,核工业重申要提供安全的发电源。第六个十年,核电在努力度过寒冬。现如今核工业已进入核电发展的第七个十年,但发展很不顺利,由于福岛事故,使公共怀疑仍然是一个关系着国际上核电发展未来的主要因素。为行业的生存发展,核能的倡导者必须致力于恢复该行业的公信力,积极参与关于这一问题的讨论。同时,行业技术专家仍要继续努力提高反应堆运行的经济性,推进改善和发展新的系统设计。反应堆安全在过去核能的发展中起到了显著的作用,在未来仍将继续发挥重要作用。

     “核电安全的概念最早什么时候提出的?

实际上,自核反应堆出现以来,安全一直是一个重要的考虑因素。尽管世界上第一座商业核电站直到1957年才出现,但是关于核安全的基础工作早在第一次对受控核裂变链式反应进行重大研究时就已经开始了。这是由费米在1942年于芝加哥大学完成的。

费米

1942122日,当第一个反应堆实现临界时,恩里科·费米就已经把安全作为实验装置的一个重要组成部分。除了准备了一个停堆棒外,还预先准备了其他紧急停堆的措施。                        

 释放这种能量新来源的关键在于强调控制这部分。就像早期新大陆的探险家,这些先驱科学家不得不对未知做好准备。该反应堆是氧化铀作为燃料棒嵌入到石墨块阵列中。在那时的运行计划中就已经启用了防御纵深的安全理念;然而这个术语当时还没有建立起来,这一概念承认了单一故障的可能性。

反应堆中的斧头人

为了解决一个发生单一故障的可能性,实验中设计了多重保护系统。中有三组控制棒。一组是调节棒,不用于安全控制,目的是精细控制核裂变链式反应。其他两组控制棒则是为安全功能服务,其中一组是自动安全棒,并且可以通过手动交互进行控制(自动安全棒指在电动机带动下,根据辐射计数器的读数,控制棒可上可下进行调整;手动指直接用手抽出或插入控制棒,以控制反应的速度),另一组是紧急安全棒。在实验过程中,紧急安全棒的一端用绳子拴住,另一端系于重物,使其悬于堆之上。安全控制棒斧头人的工作就是当有链式反应过于激烈的意外发生,或者自动安全棒失效时,立即用斧头砍断绳子,使安全棒落入反应堆中大量吸收中子,以迅速中止核反应。安全控制棒斧头人 Safety Control Rod Axe Man)的缩写SCRAM,作为快速停堆的意思一直沿用至今。

 

安全措施并没有以控制棒的出现而终止。费米不想完全依赖机械装置,他还组织了液体控制队。他们站在高于堆芯的平台,手拎一桶镉盐溶液,准备将其泼入堆中,以响应控制杆棒的机械故障。镉盐也可以大量吸收中子,以迅速中止核反应。

幸运的是,费米的团队做足了功课,实验过程没有任何问题。在1942122日下午3:25,核时代就此开端,第一个人工自持核裂变链式反应成功实现。

同时,费米还考虑了在反应堆运行期间的安全问题。在反应堆有望达到临界前不久,费米注意到了运行人员的紧张情绪,为了确保运行人员冷静理性地进行操作,他出人意料的下令关闭了反应堆,让所有运行人员进行午餐休息。从一开始,安全就有如此之高的地位,这也难怪反应堆运行史上迄今有着这样一个令人印象深刻的记录。

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