Hvordan Japans Kernekrise Virker

{h1}

Japans nukleare krise involverede manglende flere sikkerhedsforanstaltninger. Lær hvordan japans atomkrise virker.

Forskellige mennesker har forskellige meninger om atomkraftindustrien. Nogle ser atomkraft som en vigtig grøn teknologi, der ikke udleder kuldioxid, samtidig med at der produceres enorme mængder af pålidelig elektricitet. De peger på en beundringsværdig rekord, der spænder over to årtier.

Andre ser atomkraft som en iboende farlig teknologi, der udgør en trussel for ethvert samfund, der ligger i nærheden af ​​et atomkraftværk. De peger på ulykker som Three Mile Island hændelsen og Tjernobyl eksplosionen som bevis på, hvor dårligt ting kan gå galt.

I begge tilfælde er kommercielle atomreaktorer en kendsgerning i mange dele af den udviklede verden. Fordi de gør brug af en radioaktiv brændstofkilde, er disse reaktorer designet og bygget til de højeste standarder inden for ingeniørfaget, med den opfattede evne til at håndtere næsten alt, hvad naturen eller menneskeheden kan skåle ud. Jordskælv? Intet problem. Hurricanes? Intet problem. Direkte strejker af jumbo jetfly? Intet problem. Terrorangreb? Intet problem. Styrken er indbygget, og lag af redundans er beregnet til at håndtere enhver operationel abnormitet.

Kort efter et jordskælv ramte Japan den 11. marts 2011, begyndte disse opfattelser af sikkerhed hurtigt at ændre sig. Eksplosioner rockede flere forskellige reaktorer i Japan, selv om indledende rapporter viste, at der ikke var nogen problemer fra selve jordskælvet. Brande brød ud på Onagawa-anlægget, og der var eksplosioner på Fukushima Daiichi-anlægget.

Så hvad gik der galt? Hvordan kan sådanne veldesignede, stærkt overflødige systemer fejle så katastrofalt? Lad os se.

Forståelse af en atomreaktor

Dette diagram viser alle dele af en atomreaktor.

Dette diagram viser alle dele af en atomreaktor.

Hvis du har læst Sådan Kernreaktorer Arbejde, er du bekendt med den grundlæggende idé bag et atomkraftværk. På et højt niveau er disse planter ret simple. Nukleart brændsel, som i moderne kommercielle atomkraftværker kommer i form af beriget uran, producerer naturligt varme som uranatomer opdeles (se Nuclear Fission-sektionen af ​​How Nuclear Bombs Work for details). Varmen bruges til at koge vand og producere damp. Dampen driver en dampturbine, som spinder en generator for at skabe elektricitet. Disse planter er store og generelt i stand til at producere noget på rækkefølgen af ​​en gigawatt af el ved fuld effekt.

For at output af et atomkraftværk skal kunne justeres, formes uranbrændstof til piller ca. størrelsen på en Tootsie Roll. Disse pellets er stablet ende-på-ende i lange metal rør kaldet brændstof stænger. Stængerne er indrettet i bundter, og bundter er anbragt i reaktorens kerne. Kontrolstavene passer mellem brændstængerne og er i stand til at absorbere neutroner. Hvis styrestængerne er helt indsat i kernen, siges reaktoren at blive lukket ned. Uran vil producere den laveste mængde varme muligt (men vil stadig producere varme). Hvis styrestængerne så vidt muligt trækkes ud af kernen, producerer kernen sin maksimale varme. Tænk på varmen produceret af en glødelampe på 100 watt. Disse pærer bliver ganske varme - varme nok til at bage en cupcake i en Easy Bake ovn. Forestil dig nu en lampe på 1.000.000.000 watt. Det er den slags varme, der kommer ud af en reaktorkern ved fuld effekt.

Reaktorerne, der fejler i Japan, er Mark 1 kogende vandreaktorer designet af General Electric i 1960'erne. Dette er et af de tidligere reaktorteknikker, hvor uranbrændstoffet koger vand, som direkte driver dampturbinen. Dette design blev senere erstattet af trykvandsreaktorer på grund af sikkerhedshensyn omkring Mark 1 design. Som vi har set, blev disse sikkerhedshensyner til sikkerhedsfejl i Japan. Lad os tage et kig på den fatale fejl, der førte til katastrofe.

Den fatale fejl i kernevandskernereaktorer

En kogende vandreaktor har en akilleshæl - en fatal fejl - der er usynlig under normale driftsforhold og de fleste fiaskoscenarier. Fejlen har at gøre med kølesystemet.

En kogende vandreaktor koger vand: Det er indlysende og enkelt nok. Det er en teknologi, der går tilbage mere end et århundrede til de tidligste dampmotorer. Som vandet koger, skaber det et stort tryk - det tryk, der vil blive brugt til at dreje dampturbinen. Det kogende vand holder også reaktorkernen ved en sikker temperatur. Når den forlader dampturbinen, afkøles dampen og kondenseres for at blive genanvendt igen og igen i en lukket sløjfe. Vandet recirkuleres gennem systemet med elektriske pumper.

Designets sårbarhed kommer i spil, hvis de elektriske pumper mister strøm. Uden en frisk forsyning af vand i kedlen fortsætter vandet med at koge ud, og vandstanden begynder at falde. Hvis der er nok vand til koge, bliver brændstængerne udsat og de overophedes. På et tidspunkt, selv med kontrolstængerne helt indsat, er der nok varme til at smelte atombrændstoffet. Det er her begrebet meltdown kommer fra. Masser af smeltende uran strømmer til bunden af ​​trykbeholderen. På det tidspunkt er det katastrofalt. I værste fald trænger det smeltede brændstof ind i trykbeholderen, der slippes ud i miljøet.

På grund af denne kendte sårbarhed er der stor redundans omkring pumperne og deres forsyning af elektricitet. Der er flere sæt af overflødige pumper, og der er overflødige strømforsyninger. Strøm kan komme fra strømnettet. Hvis det fejler, er der flere lag backup dieselgeneratorer. Hvis de fejler, er der et backupbatteri.Med al denne redundans virker det som om sårbarheden er helt dækket. Der er ingen måde for den fatale fejl, der nogensinde bliver udsat for.

Uheldigvis, kort efter jordskælvet, kom det værste tilfælde ud.

Det værste tilfælde scenario i Japans kernekrise

Det værste tilfælde i Japans nukleare krise ville være en nedbrydning og en massiv frigivelse af nuklear stråling i miljøet.

Det værste tilfælde i Japans nukleare krise ville være en nedbrydning og en massiv frigivelse af nuklear stråling i miljøet.

Nukleare kraftværker i Japan forvitrede selve jordskælvet uden problemer. De fire planter nærmest jordskælvs epicentret lukkede automatisk, hvilket betyder, at kontrolstængerne blev helt indsat i deres reaktorkerner, og plantene holdt op med at producere strøm. Dette er normal driftsprocedure for disse anlæg, men det betød, at den første strømkilde til kølepumperne var væk. Det er ikke et problem, fordi anlægget kunne få strøm fra elnettet til at køre pumperne.

Strømnettet blev imidlertid ustabilt, og det lukkede også. Den anden strømkilde til kølepumperne var væk. Det bragte backup dieselgeneratorer i spil. Dieselgeneratorer er en robust og tidstestet måde at generere elektricitet på, så der var ingen bekymringer.

Men så ramte tsunamien. Og desværre var tsunamien langt større end nogen havde planlagt. Hvis backup-dieselgeneratorerne havde været højere fra jorden, designet til at køre, mens de blev nedsænket i vand eller beskyttet mod dybt vand på en eller anden måde, kunne krisen være blevet afvendt. Desværre fik de uventede vandniveauer fra tsunamien generatorer til at mislykkes.

Dette forlod det sidste lag af redundans - batterier - for at betjene pumperne. Batterierne blev udført som forventet, men de var dimensionerede til kun nogle få timer. Antagelsen var tilsyneladende, at elektricitet ville blive tilgængelig fra en anden kilde ret hurtigt.

Selvom operatørerne tog lastbil i nye generatorer, kunne de ikke tilsluttes i tide, og kølevæskepumperne løb tør for elektricitet. Den fatale fejl i kogende vanddesign - menes at være umuligt at afdække gennem så mange lag af redundans - blev alligevel udsat. Med det udsat, førte det næste skridt i processen til katastrofe.

Eksplosioner ved Japans atomkraftværker

Med batterierne døde, svigtede kølemiddelpumperne. Da der ikke var frisk kølevæske, der strømmer ind i reaktorkernen, begyndte det vand, der holdt det køligt, at koge ud. Da vandet kogte væk, blev brændstængernes toppe udsat, og metalrørene holdt uranbrændstofpillerne overophedet og revnet. Sprækkene tillod vand at komme ind i rørene og komme til brændstofpellets, hvor det begyndte at generere hydrogengas. Processen hedder termolyse - hvis du får vandet varmt nok, bryder det ned i dets bestanddele af hydrogen og oxygen.

Brint er en meget eksplosiv gas - mindes Hindenburg-eksplosionen, hvor Hindenburg var fuld af hydrogengas. I Japans atomkraftværker byggede trykket fra brintet op, og gasen skulle udluftes. Desværre har så meget hydrogen udluftet så hurtigt, at det eksploderede inde i reaktorbygningen. Den samme begivenhedskæde udfoldede sig i flere forskellige reaktorer.

Eksplosionerne brækkede ikke de trykbeholdere, der indeholdt kernekernerne, og de frigjorde heller ingen signifikante mængder stråling. Disse var enkle hydrogeneksplosioner, ikke nukleare eksplosioner. Eksplosionerne beskadigede beton- og stålbygningerne omkring trykbeholderne.

Eksplosionerne viste også, at tingene var ude af kontrol. Hvis vandet skulle fortsætte med at koge ud, ville en nedbrydning være næsten sikret.

Så operatørerne besluttede at oversvømme reaktorerne med havvand. Dette er en sidste kløftindsats for at kontrollere situationen, da havvand fuldstændig ødelægger en reaktor, men det er bedre end en nedbrydning. Desuden blev havvand blandet med bor for at virke som en flydende version af kontrolstængerne. Bor absorberer neutroner og er en af ​​hovedbestanddelene i kontrolstængerne.

Næste skridt i Japans kernekrise

Tricastin Nuclear Power Plant er en af ​​59 franske planter, der leverer 75 procent af landets elektricitet.

Tricastin Nuclear Power Plant er en af ​​59 franske planter, der leverer 75 procent af landets elektricitet.

Nukleare hændelser i Japan beskrives som niveau 6 INES-begivenheder (International Nuclear and Radiological Event Scale). Three Mile Island var et niveau 5 arrangement. Tjernobyl var et niveau 7 arrangement, og det er toppen af ​​arrangementet skalaen [kilde: Reuters]. Det er selvfølgelig en alvorlig situation.

Japan har mistet en betydelig del af sin elproduktionskapacitet. Ca. en tredjedel af Japans elektricitet stammer fra atomkraftværker, og omkring halvdelen af ​​denne kapacitet er gået tabt (ca. 20 procent af den samlede produktionskapacitet) [kilde: Izzo]. Denne kapacitet skal udskiftes på en eller anden måde.

Ved 40 år nærmer disse reaktorer alligevel slutningen af ​​deres design levetid. Et alternativ er at blot genopbygge planterne. De to problemer med denne tilgang er, at det vil være en meget lang proces - muligvis et årti eller mere - og offentligheden i Japan må ikke have nogen appetit på nye atomreaktorer. Det er stadig for tidligt at fortælle.

Der er en række Mark 1-reaktorer i USA. Det er sikkert, at de vil blive nedlagt eller ændret for at udnytte de erfaringer, der er lært i Japan. Andre reaktorer kan også ændres efter behov.

Atomindustrien håbede på en renæssance af atomkraft i USA nu, da mere end tre årtier er gået, siden Three Mile Island-hændelsen lukkede ny atomkraftværkskonstruktion i USA. Begivenhederne i Japan kan stoppe denne renæssance. Eller de kan stimulere forskning i andre, muligvis mere sikre, nukleare teknologier.


Video Supplement: .




Forskning


Big, Red Og Tasteless: Hvorfor Tomater Mistede Deres Smag
Big, Red Og Tasteless: Hvorfor Tomater Mistede Deres Smag

Er Der En Aldersgrænse For Mannlig Fertilitet?
Er Der En Aldersgrænse For Mannlig Fertilitet?

Videnskab Nyheder


Ghost-Billeder: Et Tæt Kig På Det Paranormale
Ghost-Billeder: Et Tæt Kig På Det Paranormale

Fotos: Nye Menneskelige Forfædrearter Opdaget
Fotos: Nye Menneskelige Forfædrearter Opdaget

Hvorfor Er Ører Formet Så Mærkeligt?
Hvorfor Er Ører Formet Så Mærkeligt?

Skræmmende Faces Skræmme Kvinde Med Usædvanlig Tilstand
Skræmmende Faces Skræmme Kvinde Med Usædvanlig Tilstand

Giftige Alger På Stigningen På Californien Shores, Studie Foreslår
Giftige Alger På Stigningen På Californien Shores, Studie Foreslår


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com