安全壳的作用

<div style="ADDING-RIGHT: 0px; MARGIN-TOP: 10px; FONT-SIZE: 12pt; OVERFLOW-X: hidden; WIDTH: 97%; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 0px; LINE-HEIGHT: normal; HEIGHT: 200px; WORD-WRAP: break-word;">核电站里安装着原子反应堆的厂房由于要求特殊，没有窗户。 <br/><p>　　对于危险的东西，最好的办法是隔离。核电站里的危险物质就是核燃料，它是一种有放射性的物质，特别是在使用过以后，放射性更为强烈。核燃料是被密闭在称之为燃料元件包壳的金属管内的。只要管子不破，放射性物质不会漏到外面来，这是第一道防线。燃料元件放在反应堆的容器内，反应堆容器是密闭的。一切相联的管道，其它各种容器也都是密闭的。这是第二道防线。整个的反应堆设备都安装在一座密闭的建筑物内，这是一座没有窗的房子，万一放射性物质冲破第一道和第二道防线外溢，这座没有窗户的房子就是最后的防线。 <br/></p><p>　　核电站的反应堆是一个庞然大物，容纳这样一个东西的房子必然也很大，而且必须十分坚固。设想反应堆发生了十分严重的事故，比如说发生了爆炸，这最后一道防线也决不能受到损坏。它就像一个钟罩似的，把一切危险物质或危险气体都罩在里面，不令散发到外面去。 <br/></p><p>　　什么结构的建筑式样最坚固呢？是球形建筑或球顶状建筑。球形的东西，如果里面产生压力，那么它所受的力是很均匀的。而且，从几何学上可以知道，球体和其它几何形状比起来，在最小的表面积之下，有着最大的容积。这就是说照这个样子建成的房子，里面可以容纳最多的设备、而所用的建筑材料最少，也最坚固。 <br/></p><p>　　核电站反应堆厂房就是按照这个原理设计的。由于它的主要目的是防止核电站在运行、停堆和事故期间因失去控制而将放射性物质排放到周围环境中去，因而这个没有窗的房子就专门叫做“安全壳”。 <br/></p><p></p><p>　</p><p>核电站，都采取了四道屏障的安全保护法。第一道安全屏障是核电站核心部件--核燃料棒的新型材料。现在核燃料棒的材料是U02陶瓷块，这种陶瓷的熔点高达2800摄氏度。第二道屏障是核燃料元件的包壳采用优质的铬合金制造，这种合金具有很好的密封性和在运行条件下长期封存裂变产物的能力。第三道屏障来自压力壳。罩住燃料元件棒的保护罩的厚度在20厘米以上，重达几百吨。第四道屏障是安全壳，这是一个由一米厚的钢筋混凝土浇注成的保护壳，是放射性物质无法逾越的屏障，即使发生核泄漏事故，放射性物质也将被限制在安全壳范围内。 <br/></p><p>　　“第三道防护屏障是‘压力壳’，我们俗称‘安全壳’，它是核电的中心防护网，20厘米厚的钢板耐撞击程度相当高。”戚屯锋介绍说，“一架波音飞机撞上去都没事！”</p><p>水 膜 冷 却 安 全 壳 <br/></p><p><br/>【英国《核工程师》2001年1～2月刊报道】 非能动冷却系统是各种先进型反应堆方案的一个共同特点。在这种冷却系统中，流体流动是因热源所产生的浮力而自然形成，并非*泵或风机所产生。由于没有会发生故障的运动部件，所以非能动冷却系统具备固有的可*性。 <br/></p><p>在万一发生由冷却剂丧失而引起的反应堆严重事故时，需要有安全壳冷却系统，该冷却系统显然利用了自然循环流动。图1中欧洲设计的新一代压水堆就是一个典型的例子。图中安全壳衬层的内壁会因自由对流、热辐射和冷凝而被加热，这就会在衬层和它外面的安全壳水泥屏蔽之间的环隙中产生上升气流。西屋AP600压水堆中钢安全壳冷却系统的设计要更加复杂一些。它也是*自然形成的上升气流进行冷却，但在事故发生后的前三天，安全壳还需要通过*重力影响而向下降的一层薄薄的水膜进行冷却。水膜的厚度一般是以毫米计。 <br/></p><p>在针对非能动冷却流所进行的一些基础研究中，通常是采用自由对流的关系式来计算自然流动的传热率，尽管加热表面上的流动可能是自由对流也可能是强迫对流，甚至在很多情况下，是两者都有的混合对流方式。这种混合对流工况在加热上升流中的特性之一是，传热率可能会因湍流程度的减弱而减小。对强迫上升流中竖直平板上的无湍流对流的边界层进行的早期研究表明，混合对流的传热系数要小于仅是自由对流或仅是强迫对流的传热系数。最近对一个立管中的有湍流的混合对流进行的一项基础研究表明，非能动流的传热率有可能会降至最低。 <br/></p><p>为设计AP600安全壳冷却系统所进行的一些研究要更加复杂一些。它涉及到表面存在一层与自然气流的运动方向相反的水膜。在这种情况下，热量在下降水膜内部以对流方式向下传递，以热传导的方式从水膜传递到气体，这就为上升气流中的对流传热建立了热边界条件。在许多情况下，空气对流都会因水膜的蒸发传热得到加强甚至主要取决于此。另外，水流不可能是一个均一的水膜，它会分成若干细流。安全壳的干燥部分和水膜覆盖部分都会对周围屏蔽产生热辐射，这也会使屏蔽表面的空气产生对流。由于安全壳会散发出红外线辐射，因此水膜应是半透明的。 <br/></p><p>曼彻斯特大学对下降水流与因浮力导致的上升气流之间是如何相互影响的这一课题非常感兴趣，并为此进行了一项实验研究。所研究的系统是一个被均匀加热的立管，因为在强迫对流和混合对流的情况下，最容易得到这种几何形状的传热数据，它排除了在环行几何形状下必须要考虑的其它热辐射因素。在这个是实验中，热量输入、水进口温度和水的流速都在变化。当水的流速以加热表面上每单位宽度的体积流速表示时，对AP600而言该数值具有代表性。 <br/></p><p><a href="http://www.nuclear.cetin.net.cn/cnic/hxw/2001/03/03堆64.jpg" target="_blank"><img alt="图片点击可在新窗口打开查看" src="http://www.nuclear.cetin.net.cn/cnic/hxw/2001/03/03堆64.jpg" border="0" style="CURSOR: pointer;"/></a></p><p>安全壳的材料与构造　　50年代的“安全壳”，为了达到密封和坚固的目的，是做成球形的。这是一个很大的球，直径大到20～30米，是用厚达50毫米的钢板压成弧形，一块块地拼焊起来的。这要有很高的焊接技术，才能保证密封得很好。这种巨大的圆球，构成了核电站特有的宏伟壮观的景色。<br/><br/>　　造一个这样大的球形钢壳，要用几百吨钢材。钢材用得多还在其次，主要的困难在于焊接工艺不易达到要求。几千块钢板，几万米焊缝，要做到一丝儿气体也不漏，实在是很困难，而且还要防止焊接中钢板变形。既然安全壳是一种工业建筑，为什么不能用钢筋混凝土来造呢？60年代就为核电站建成了钢筋混凝土的安全壳，里面敷上钢衬里。式样也从球彩演变为圆柱形上接一个半球形的盖，这样便于浇灌。钢筋混凝土壳厚达一米，用来承受压力，而钢衬里只用来保持密封，这样，钢板可以用得很薄，焊接时就比较容易达到气密的要求了。<br/><br/>　　有时候由于要求更可*的气密性，在钢衬里和混凝上壳之间留一层一米多厚的空气隙，空气隙内的气压比周围环境的大气压低一些，如果钢壳发生泄漏，有放射性的气体就漏入这空隙中，但是它不会再透过混凝土壳的裂缝漏到外面去，只能是外面的大气漏入空隙中。漏入空隙中的有害气体便可吸入专门的处理设备中加以处理，以除去有害的成份。<br/><br/>　　为了使混凝土安全壳更加坚固，现在大部分新建的核电站都采用预应力混凝土安全壳。它的原理很像紧箍木桶的铁箍的妙用。在混凝土里嵌进许多纵横交错的钢丝绳，用巨大的螺旋机构将钢丝绳拉紧。这样的安全壳十分可*。每一股钢丝绳都可以安装测力的仪器，随时检查拉紧的情况，如果有哪一根松了，便及时重新拧紧。用这么多钢丝绳捆紧的混凝土壳，不可能一下子崩开。要是损坏的话，总是先裂一条小缝，钢丝绳的弹力就会把这条小缝挤合。这样的建筑物，固然没有窗，那么门有没有呢？门当然是要有的，不然怎么进去呢？不过这门也是密封的，而且还是十分坚固的。 <br/></p><p><a href="http://www.kepu.com.cn/gb/technology/nuclear/station/200207310048_5107.jpg" target="_blank"><img alt="图片点击可在新窗口打开查看" src="http://www.kepu.com.cn/gb/technology/nuclear/station/200207310048_5107.jpg" border="0" style="CURSOR: pointer;"/></a></p><center>安全壳的事故考验</center><p><br/></p><p align="left">　　这样的安全壳，在设汁的时候就已经考虑到，即便壳内的反应堆本身发生最大事故，它也不会损坏。那么它对外面来的“飞来横祸”是不是有足够的防御能力呢？作为安全的考虑，应该把所有的可能性都估计到。<br/><br/>　　安全壳旁边就是汽轮发电机厂房，这是一栋没有防护的厂房，如果汽轮发电机正在高速运转，忽然，旋转着的叶轮碎裂了，裂成了几个碎片，它们冲破屋顶，打在安全壳上，结果会怎么样呢？最好的办法是做实验。做一块厚达1.4米、面积为6米长×6米宽的钢筋混凝土板，它同实际核电站的反应堆安全壳的混凝土壁是一样的。把重达1.5千克的汽轮机叶片放在一个小型火箭的头部，发射火箭，使火箭加速到每小时300千米的速度，射击这块混凝土板，看看它是否损坏。<br/><br/>　　每小时300千米是计算出来的碎片可能的甩出速度，试验的结果是叶片的一头钻入了混凝土中达半尺深，而整块混凝土板却没有大的损伤，只不过在背后有少许裂纹而已。<br/><br/>　　如果电线杆因刮大风而倒在安全壳上又会怎样呢？坚固的安全壳肯定不会损坏。<br/><br/>　　要是一架飞机失事，撞在安全壳上，这又会发生什么结果呢？很多研究者在研究这种事故发生的可能性和后果。幸亏核电站总不会建在飞机起落频繁的航线之下。要是真的有一架飞机撞到核电站的安全壳上，是不是撞破安全壳，那要看是什么飞机了。小型飞机对安全壳可能不会造成什么大损害。<br/><br/>　　地震会不会使安全壳破裂？这在选择厂址的时候就已经作了回答，那时就已经对地质情况作了调查，最好是在从未发生过地震的地区、并且按照防震的要求来建造核电站。也就是说，即便发生最大的地震，安全壳仍旧能保持完整；不管是下陷也好，翻倒也好，安全壳仍应安然无恙。这样，里面的东西即使震坏了也不致漏出来。<br/><br/>　　也许有人问，要是一颗原子弹或氢弹命中了一座核电站的反应堆，结果会怎么呢？这是一个很有趣的问题。原子弹或氢弹的威力当然足以摧毁安全壳，如果真的发生这情况，造成放射性物质污染的主要来源便是原子弹或氢弹，而被炸毁的核电站放出的放射性物质只不过是加重了这样一场灾难而已；如果真的发生这种情况，即使命中的不是核电站，那后果也差不多，罪魁祸首当然应该是那颗原子弹或氢弹了。</p></div>

又长见识了

[em05] 结实

的确如此阿！