【据日媒报道，日本研究者9月26日在日本物理学会发表的研究结果称，2011年发生核事故的日本福岛第一核电站2号机组内70%以上的核燃料可能已经熔融。熔融到底是什么意思？它是怎么测量出来的？熔融70%意味着什么？对周围的环境乃至中国有没有危害？从业八年的中核下属核电站工程师独家撰文解析。】

核燃料是什么

核电站使用的核燃料由锆合金制成的长管包裹二氧化铀芯块，做成长棒状，再集束装配而成。核燃料置于反应堆压力容器中，由主泵将水打入压力容器，燃料棒浸泡在水中；核燃料发生链式反应产生热量，加热压力容器的水，继而蒸汽发生器的水进行加热，产生蒸汽，蒸汽再推动汽轮发电机组发电。简单地说核燃料类似于家庭常用的“热得快”。

链式反应示意图

核燃料熔融是怎么一回事

核燃料熔融是核电站最严重的事故之一。简单来说，核燃料熔融就是在核反应堆发生失水、失控等系列事故后，核燃料的链式反应失控或冷却失败导致的燃料急剧升温，最后熔化变形的现象。

核燃料为什么会熔融

首先，核燃料在核电站正常运行的时候是不会熔融的。

核燃料和常规化石燃料不一样，常规化石燃料释放热量的燃烧反应是越烧越弱，而核燃料是“越烧越烈”——因为链式反应是中子撞击原子核——原子核分裂成较小原子核并放出中子——中子继续撞击较小原子核——继续分裂和放出中子的过程，这个过程要长得多，放出的热量会越来越多。

由此可见，核燃料如果不加以严格控制，温度会急剧升高，后果无法想象。核电站的安全运行必须要求核燃料在适当的温度和链式反应下工作。控制方法主要有：在传热的水里加入吸收中子的化学药剂；设置由吸收中子材料制成的控制棒；使用主泵驱动水循环流动以带走核燃料的热量。

一般核燃料熔融之前会有几类先导事件：

1）核反应堆管道（一回路）破裂，压力容器里的水从破口泄漏而减少，核燃料的放出的热量不能及时带走；

2）一回路内水吸收中子的化学物质浓度降低，或者控制棒故障，导致链式反应失控，核燃料放出能量增加；

3）汽轮发电机不能百分百带走核燃料传递的能量，多余的能量积压在核燃料里，会使核燃料温度升高。

以上这些先兆事件可能单独发生，也可能同时发生。接下来的发展进程就是：核燃料温度逐渐升高并超过允许范围，压力容器内的水加热蒸发或泄露而不断减少；因为压力容器内水减少，核燃料渐渐暴露于空气中（核电行业术语称为：堆芯裸露），传热恶化，温度升高；升温的核燃料进一步加热压力容器内的水，加速水的蒸发，传热进一步恶化，核燃料温度进一步升高，形成恶性循环。最后的最后，核燃料的温度升高使核燃料的锆合金外壳与水发生锆水反应放出氢气，继而升温到超过核燃料自身材料（主要是核燃料棒的锆合金外壳）的熔点，先是外表熔化，逐渐发展到整体熔化，最后是燃料失去刚性而坍塌。

福岛核事故中出事的1、2号机组经历的正是这样的事件过程。海啸摧毁了岸上的应急柴油发电机，核反应堆的主泵失去了电源而停机，压力容器内的水失去了流动，核燃料产生的热量无法带走，升温失控，最后熔融。