美国大幅增加对抗核工业事故的燃料棒的探讨研究

2014-07-07 17:45:27 作者：金柱来源：

　　田纳西大学的Kurt Sickfus教授，目前正与一些研究人员致力于开发抗核事故的燃烧棒。

　　【eCorr中国腐蚀与防护网消息】亚特兰大--日本受损导致核电站爆炸损坏引发了2011年福岛的一场核灾难，迫使人群大规模疏散，这让世人看到核燃料过热时会发生什么。

　　为了防止类似2011年福岛核事故的发生，美国政府大幅增加对核电安全防卫技术的研究经费，主要目的是研发一种能够更有效抵御冲击或损害的用于核燃料棒的保护性包层。希望激发科研人员在多年来都没有太大改变的核燃料棒设计上有更多的创新。在福岛核事故发生之前美国能源部只花费200万美元用于未来燃料设计，事故发生之后其投入资金资金达到3000万美元。

　　现在，多家机构的燃料棒设计研究已进入中期，最早今年夏天就可能进行反应堆测试。

　　这些研究的目标是为了使核燃料在极端条件下不会轻易损坏、熔毁以及发生化学反应。因为核燃料的化学反应会导致金属包壳碎裂，产生爆炸性气体--氢气。如果研究人员在这方面取得成功，他们的设计就能够让核电站的工作人员在发生损坏事故时有更长时间来防止其演变成熔毁，以防止释放出有害的辐射。防止事故发生不是灵丹妙药，但是这是一个降低风险的方式。

　　“这从根本上来说是为核反应堆购买时间，” 致力于燃料循环的研究和发展的能源部主任安德鲁·格里菲斯说。“这本质上是一个保险政策。”

　　政府和资助的科学家们正努力尝试多种解决方案以试图找到可能适合的技术。

　　据报道，几十年来，核燃料棒设计没太大转变，都是将二氧化铀压缩，然后放入4.5米长的棒芯，再由锆合金表面包裹。锆合金层能抵御腐蚀和高热，并防止辐射物质外泄，但福岛核灾证明这个设计在冷却系统停运的最极端环境下，形同虚设。

　　这种金属包壳可起到耐腐蚀、耐高温、充当屏障防止放射性元素外泄的作用。但福岛第一核电站的灾难表明，在极端条件下它可能失灵。

　　地震发生后，海啸撞击核工厂的海堤并使运行反应堆冷却系统所需的电气装置失效。冷却系统和及其备用电气装置停止工作时，反应堆过热。

　　随着水位下降，包覆燃料的金属与蒸汽发生氧化还原，产生氢气。科学家认为这些逸出的氢气是引起爆炸的原因，从而导致设备损坏。

　　同样的，反应也会产生热量，进一步导致了极端温度，使得燃料融化和放射性产物逸出。反应堆正常运行时氧化反应也时有发生，但远不及一个极端事故发生时的程度。

　　科研人员正考虑一系列改进措施。

　　有些人提议作出根本改变。电力研究所正在对钼包壳进行试验。相比目前使用的锆合金，钼在高温下仍能保持强度。强度大的金属在极端事故中能更有效防止核燃料熔毁。

　　田纳西大学的设计师尝试给包壳涂上更耐高温的陶瓷层，而西屋电气公司则希望以金刚砂作为未来燃料包壳的基础。

　　来自现有燃料的改进设计可能会带来更快的改变。伊利诺伊大学的设计师布伦特·霍伊泽尔在美国政府资助下开发可涂在现有包壳上的涂层，以防止能产生氢气、热量并削弱包壳的化学反应。他的团队还对“自愈”型燃料感兴趣。一旦发生事故，这种燃料中新添加的材料就可以移到燃料棒的表面，形成保护层。

　　然而，任何改变都会引起新的资金消耗。安全改进会增加成本，这是毋庸置疑的。这对注重成本控制的企业来说并不具有多大的吸引力，尤其是现有的保护性包层已经符合联邦安全规则。