2015年6月30日 星期二

為什麼擁核的,敢肯定核電廠不會核爆?

去年、今年,都有人拿不幸的重大意外事件來說:如果是核爆呢?
是啊...如果是核爆呢?
所以今天就來聊聊這個值得好好想想的問題。

首先,可以從生活周遭的 燃燒 與 爆炸 說起

 燃燒是一種劇烈的氧化反應,
人們習慣使用的碳基燃料,都是包含碳、氫的化合物,
例如汽油、天然氣、液化石油氣、酒精、煤炭...等等。

這些化合物與空氣中的氧氣充分混合、接觸,並且在一定溫度的催化下,就會迅速地氧化,
產生高溫氣態的二氧化碳、水,同時釋放出光與能量。
這就是平常我們所講的:火。

火在人類歷史上是非常偉大的發現,
因為有了火,人們可以照明、烹煮食物、取暖,
大大改善了人類的生活。

而人們也知道要將木柴、木炭分成小塊燃燒,
才能達到最好的燃燒效果,
家裡的瓦斯爐也需要調整瓦斯與空氣的混合比,
讓瓦斯完全燃燒,達到最佳效率。
內燃機引擎的供油系統,能否將燃油與空氣完美混合並霧化,
也關係著引擎能否有最佳表現。

那麼,什麼是 爆炸

燃燒,會產生許多的氣態物質,
如果燃燒的反應,在極短時間內迅速進行,
瞬間釋放大量的氣體,產生膨脹、推擠的力量
就是爆炸。

為了讓反應能夠在一瞬間快速進行,
通常會將反應需要的混合物密集化,
例如內燃機引擎會將汽缸內的燃油、空氣混合物壓縮,
使其爆炸後產生力量推動活塞,讓引擎輸出動力。
飛機、船艦、發電所使用的燃氣渦輪,
會將空氣壓縮後與燃油混合燃燒,
產生巨大的空氣膨脹推動渦輪葉片。

槍、砲、煙火所使用的火藥,或是爆破所使用的炸藥,
考量使用環境,通常都是混有氧化劑的物質。
因此火藥、炸藥,
可以在氧氣缺乏的空間空快速反應,產生爆炸。

氧氣是碳基燃料燃燒、爆炸不可或缺的物質

燃燒、爆炸需要氧氣參與,
很剛好的,人類與許許多多的生物,
也是依賴空氣中的氧氣生存,
我們生活的環境,就是適合碳基燃料燃燒、爆炸的環境。

因此,讓可燃物質散布在空氣中,是非常危險的。

至於核能

不管是目前被廣泛使用於核能發電的核分裂,
還是仍在研發中,只有武器產品核融合,
在反應過程中,都是不需要氧氣,
也不會大量產生氣體的。

目前所開發的核子反應器、核子武器,
都是經過特殊設計的反應環境,讓核反應得以進行。
也就是說,核反應所需要的環境,
和我們生活的環境,完完全全是截然不同的。

核能發電所使用的核分裂燃料,都是特製的固態物質,
裡面的燃料密度,遠低於核子武器所使用的燃料密度,
除非將這種固態燃料溶解、重新密集化,
否則不可能將燃料濃度提升到武器等級。
只有武器等級的燃料密度,可以在瞬間快速反應,
核能發電使用的燃料密度,只能維持穩定緩慢的連鎖反應。
而且發電用的核燃料,是封裝特製的燃料棒內,
反應的產物,也依然是封裝在燃料棒內。

而反應器與燃料棒都是經過特殊設計的,
只有在內含低密度燃料的燃料棒正確地放置在爐心時,
可以維持連鎖反應的進行,緩慢地釋放能量。

核子武器內反應物質的布局,也是經過的精密的計算,
讓高密的核燃料在一瞬間反應產生大量能量,
而不是如核電廠的反應器那樣緩慢、持續地釋放能量。

的確,反應器反應的過程中,會釋放放射線,
使得周邊設備、廠房中的灰塵,變得具有放射性。
因此除了反應器壓力容外,
廠房還有一次圍阻體、二次圍阻體,徹底與外界隔離。

但是核電廠還是爆炸了

車諾比核電廠、福島第一核電廠,
分別在1986年、2011年發生了爆炸。

先提1986年的車諾比核電廠事故,
車諾比所使用的RBMK(石墨慢化壓力管式)反應器,
產生的蒸汽的方式,是在爐心設計許多壓力管,
透過燃料棒連鎖反應產生的熱,加熱壓力管內的水。

這種設計非常類似家裡的即熱式熱水器,
熱水器透過電能或是瓦斯,加熱流經水管的水,
如果管路發生堵塞,或是加熱的控制機制有問題,
就可能造成水管內產生高壓的蒸氣發生危險。
(因此會有洩壓閥的設計)

1986年車諾比核電廠事故當晚,
就是因為RBMK的設計缺陷加上操作不當,造成功率急遽上升,
使得壓力管內的蒸氣壓力瞬間升高,超過承受範圍,
造成壓力管爆裂並破壞缺乏保護的RBMK反應器。
因此,車諾比核電廠事故,
可以算是一次大型的熱水器管線蒸氣爆炸,
如果沒有蒸氣,是不會產生如此大的爆炸威力的。

至於使用了較為安全的BWR(沸水式)反應器的福島第一核電廠,
也在2011年發生的爆炸。
該事故的主因,是因為海嘯破壞的核電廠的電力、水源供應,
且現場人員第一時間判斷、處置不當,造成爐心容毀。

而缺水加上高溫,使得周邊物質產生氫氣,
累積在圍阻體,發生了氫氣的氣爆,與核燃料沒有直接的關係。
如果福島第一核電廠的圍阻體,
有使用廠商後來提出的通風改善發案,即使爐心熔毀,
也是不會發生爆炸的。

這些都是可以改善、也已經改善的

核能發電機組,最怕的就是爐心熔毀 ,
早期的反應器相當依賴外力散熱,
喪失外力散熱,就會使得溫度過高而發生爐心熔毀。

但較新型的反應器,例如臺灣龍門核能電廠使用的ABWR,
就是屬於較新的第3+代反應器,
本身對外力散熱的需求大幅降低,
且因應福島事故,也增加了備援、防護設計。

而目前業界開發中的第4代反應器,
正朝向可完全喪失外力散熱,而不會發生爐心熔毀的目標設計,
已經有一些實驗成品。

至於什麼是核爆?

講到核爆,應該多數人會想到核子武器爆炸產生的蕈狀雲,
核子武器爆炸會釋放大量的熱、放射線,還有震波。
其中最重要的就是震波,
蕈狀雲、大範圍的爆炸破壞,都得歸功於震波。

所以什麼是震波呢?
當空氣在瞬間被加熱,會急速膨脹、推擠週圍的空氣,
產生向外擴散的能量,
就如同將石頭丟入水中會產生擴散的漣漪一樣,
震波是在空氣中朝向三維空間的各個方向擴散。

所以閃電、打雷時,聽到的雷聲、感受到的震撼,
就是一種震波,因為閃電是一種大氣中的放電現象,
會將周圍的空氣加熱,使其膨脹、擠壓更外圍的空氣。
核子武器在空中爆炸時,一樣是依靠大氣產生並傳遞震波,
只是規模與傳遞的能量大了非常多倍。

如果將如同閃電的放電現象,移到真空中進行,
會產生熱、產生光,但是不會產生震波,
傳統底片式的電影放映機,所使用的電弧燈就是個例子。

同樣,如果核子武器在真空中,比如在外太空爆炸,
那麼它將會產生光、熱、放射線,
但是不會產生震波,也不會產生蕈狀雲,
這就是我們看到的滿天星斗,或是太陽系的太陽。

所以核子武器要在一定高度的空中爆炸,
才能發揮最大的爆炸破壞效果,
在侷限空間中爆炸,效果是非常有限的。

這是兩種不同的模式

核爆、電弧(閃電)所產生的爆炸破壞,
與碳基燃料、炸藥爆炸的破壞,是截然不同的模式。

炸藥在爆炸時,本身會產生大量的氣體並膨脹,
破壞周圍的物體,因此若將炸藥放在侷限的小空間內,
將可以看到很明顯得破壞威力,因此炸藥可以用來爆破。

但是核子武器、電弧(閃電)所依靠的是震波,
要在一個開闊的大氣環境內,才可以產生足夠能量的震波。
因此,想要使用這種爆炸模式,破壞一個侷限空間,
是沒有意義的,更不用提帶原子彈上捷運了。

所以也可以知道,
核電廠是不可能像核子武器般爆炸產生蕈狀雲與大量震波的。

那麼,萬一萬一...

任何的能量來源,都是有危險性的,
我們應該是要知道它們的危險性在哪裡。

碳基燃料,因為反應所需的環境正好跟我們生活的環境一樣,
所以有可能散步在空氣中,在空氣中發生反應。
而且在空氣中發生反應時,人可能直接接觸而造成直接傷害。

因此,我們要避免空氣中可燃物質的濃度達到可反應的程度,
如果發現這樣的現象,例如瓦斯、油氣外洩,
應該要通風以降低濃度,並且避免任何火源、熱源,
甚至應該離開現場。

而核反應所需的環境,與我們生存的環境是不同的,
且除非遭遇核子武器攻擊,
一般人也沒有機會直接暴露在核反應物質下。

又輻射傷害是一種累積性的傷害(曬太陽曬傷就是一種),
萬一真的發生核能災變,
避免直接暴露於射線之下、或是直接接觸核種,
就不會發生嚴重的傷害。
因此,暫時躲避於室內,
等待狀況排除,或是等待在有防護措施的情況下疏散,
都是非常安全的。

寫在最後

曾經聽到許多人說,擁核的人都有一種專業麼傲慢,
的確,有些人的態度不是大家都喜歡,
但是科學所呈現的,是大自然的真相。
大自然的真相,是無法改變的,
所以我們很嚴肅地面對這件事情。

所以科學知識,沒有什麼好炫耀的,
活用科學知識,可以讓我們盡量趨吉避凶,
往更好的生活邁進。

最後,想說的還是...科普教育真的非常重要,
應該要被更加重視、用正確的方式推廣。

同時,也希望在意外中的傷者都能早日康復,
並且不要再發生類似的意外事件。

1 則留言:

  1. 感謝您的文章,消除我對核電廠的恐懼!

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