[討論]彭明輝對 福島「斷然處置」前的爐心冷卻探討

[ggg12345 (ggg)]

底下是彭大 摘錄的 日文譯本.
個人認為這是爐火遺熱的散熱冷卻問題. 讓熱蒸氣循環的發電機停下來是否明智
應再思考. 據 MIT 的資料, 控制棒全插入時還有2MW的發熱量, 要排除需要冷卻
系統, 何況還有運轉時的高溫蒸氣遺熱, 地震瞬停時仍在爐內.

1.所謂 斷然處置 就是 打開洩壓閥放出有幅射性的輕水, 灌進海水, 放棄反應爐.
  是強制反應爐降溫, 不再因爐遺熱與放射線衰變熱蒸發掉應該覆蓋燃料棒的輕
  水, 未覆蓋輕水的燃料棒會相互加速撞擊分裂核反應且在高溫下造成氫解.

2.核子爐設計有停電時仍然可運作的 IC/RCIC, HPCI 冷卻系統, 但在缺電力推
  動的冷卻水冷卻下, 因地震造成管道洩漏或阻斷也使冷卻不良.

3.因地震瞬停, 反應爐仍在可控狀態下, 但爐的遺熱仍在, 無法散熱下, 即使控
  制棒全落下阻止快速生熱, 但也無法瞬間將熱移除. 因此會使爐內輕水汽化,
  使得燃料棒缺水緩衝而快速反應生熱, 一旦高溫且燃料棒外露就發生燃料棒的
  外棒體鋯金屬與水發生氫解, 造成爆炸.

4.如果冷卻系統全停, 就從可控狀態進入危險的狀況, 一旦要靠洩氣降壓那就是
  造成核污染的輕水蒸汽洩漏. 斷然處置必須洩壓後, 才能注入海水也就必然造
  成核污染洩露.

問題應該不是斷然處置是否有效的問題? 而是熔毀後是否造成更大汙染擴散!

大家關心的問題, 應是在無核污染洩漏的前提要求下, 如何做到讓運轉中的反應
爐立即安全回到未運轉前的冷卻無高熱反應的停機狀態.

這是無電力, 但仍有部份高壓蒸氣可產生動力, 且可能管線通路都發生洩漏或
阻斷情況, 尚伴有遺震下的迅速降溫冷卻問題.

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核四公投, 應該改為 緊急情況下, 可以放棄核子爐, 洩壓閥放氣進大塑膠氣球,
爐內立即灌進硼砂增強控制棒的阻斷淹埋, 灌注海水冷卻. 同時將氣球冷卻回收
輕水. 此斷然處置廢爐行為, 全體國民絕不追究責任!

請研究熱傳的, 研究一套無電力下的快速散熱冷卻系統. 用重力水庫地震時自動
放水淹沒反應爐急速散熱也是可採行的爛招.

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清大彭明輝的部落格

福島事件調查報告摘要

        我把日本國會調查團 NAII 調查報告的第二章做了摘要，目的是要知道
福島事件之後核電廠必須防範哪些意外。底下是我的摘要。我針對斷然處置提出
「五大假設全不成立」的質疑，就是來自於第二章的內容。以下是摘要的內容。

 前言
（1）「電廠全黑」（Station Black-Out，SBO 並未假設AC全斷電時DC也跟著全
部斷電）。但是福島事件裡卻發生了AC和DC一起全黑的狀況。
（2）控制室功能消失（DC電源失效）、照明系統失靈（AC和DC一起全黑）、有線
通訊系統失靈（DC電源失效），電廠內道路破損而地震和海嘯後滿地碎片，使得
各項修復工作所需要的工具、重型設備與物資移動困難，其困難度遠遠超過過去
電廠員工緊急處置訓練時所曾想像的，但事實卻如此。
（3）各種操作手冊沒有充分更新，沒有關於大規模多重故障的指示。
（4）橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）把併同全黑（SBO）
一起發生的事故分為六級：（1級）SBO+HPCI/RCIC備用高壓冷卻水（靠蒸氣或人力
啟動，無需用AC電）啟動並持續四小時，（2級）SBO+HPCI/RCIC備用高壓冷卻水啟
動並持續四小時，但是通往爐心的高壓冷卻水管路洩漏（等效於安全閥開啟而無法
關閉），（5級）SBO+HPCI/RCIC無法啟動或未啟動，（6級）SBO+HPCI/RCIC無法啟
動或未啟動，且安全閥開啟而無法關閉（等效於高壓冷卻水管路洩漏）。福島事件
幾乎是介於第5級和第6級之間。（第9頁）


細說
（1）3/11當天地震導致電廠外部供電全斷；海嘯淹沒許多部柴油發電機、抽取海水
的 pump、廠內供電系統，以及直流電供電系統。Unit 1、2、4失去所有交流電與直
流電力，Unit 3、5失去所有交流電力；Unit 3兩天（3/13）後接著失去直流電力而
沒有任何電力。
（2）海嘯同時摧毀建築物、設備、車輛，使廠內滿佈巨型障礙物；廠區到處淹水，
行動困難而遲緩。
（3）控制室的儀表、監控、控制、照明與通訊功能全失，現場人員要不靠儀表判斷
事態，在極端不確定的狀態下做出決定。不是決策遲緩或行動遲緩，而是沒有資訊可
供決策參考，沒有通訊系統可以上下溝通以及內外溝通，沒有辦法在障礙物中快速行
動。此外，餘震和海嘯也讓現場人員很難行動。

3/11
（1）Unit 1 在14:46地震時自動啟動反應爐緊急停機（SCRAM）。但是通往爐心的主
要冷卻水管路卻因為蒸氣隔離閥（main steam isolation valve）故障（關閉）而無
法維繫正常的冷卻功能。還好爐心隔離冷卻系統（Isolation Cooling System， IC）
還能運作。但是IC的水被加熱一段時間之後，水開始氣化使得爐心水位開始下降。高
壓循環水路原本有備用冷卻水可以補注IC流失的水，但是因為緊急柴油機無法供電且
DC電流流失，而無法啟用。IC最後終因欠缺備用水補注而喪失冷卻功能，使爐心狀況
迅速惡化。但是因為壓力表和水位儀都故障，使得現場人員完全沒有警覺到高壓冷卻
系統的惡化，只是做好準備工作，等待爐心壓力下降後要進行低壓注水。照理論推測
，大概在IC喪失冷卻功能兩小時後水位已經降低到燃料棒露出水面，爐心開始融毀，
而燃料棒外套的鋯金屬開始與水氣的化學反應，產生氫氣。18:18分時直流電源DC意外
地修復，操作員聽到一個類似氫氣流動的聲音，（爐心應該是大約在18:50左右開始熔
毀並開始產生氫氣），但是壓力表卻顯示爐心處於低壓狀態（6.9MPa），而水位儀在
21:19還顯示水位比燃料棒頂端高出20公分，顯然這兩個讀數都是錯的！21:50（地震
後七小時）儀器終於顯示Unit 1的廠內輻射劑量已經開始升高。
（2）雖然Unit 1 已經危急，但是而把注意力集中在狀況未明的Unit 2。他們擔心
Unit 1在喪失AC 與DC電後已經停止運轉，而導致爐心水位下降，因此向上通報核安
事故。現場人員首先在21:40（地震後將近七小時）修復Unit 1的水位量測儀，發現
水位比燃料棒頂端高出3.4公尺。接著他們在23:25修復爐心和一次圍阻體的壓力計
（地震後將近8.5小時）。
（3）Unit 3雖然失去AC電力，但很快修復DC電力，所以現場人員可以通過儀控系統
清楚監督RCIC的運作，而且另一個以蒸氣當動力的高壓注水系統HPCI也正常。此外，
一個小型的可移動式發電機也在22:00到達。
3/12
（1）午夜之後現場人員企圖搶救 Unit 1。柴油驅動的抽水馬達還沒開始注水就已沒
有燃料。電場原有三輛消防車，一輛故障，一輛被地震阻擋在Unit 5而無法開過來，
只有一輛可用，卻因為高壓冷卻水系統壓力太大，無法注水進去。02:30時反應爐的
pressure vessel 毀損，大量輻射塵被吹往一次圍阻體內到處飛揚，工作人員開始戴
上口罩工作。05:14場外疏散距離擴大到半徑十公里。Unit 1 爐心壓力隨著情況惡化
而持續降壓到消防車可以（在5:46）開始注水，但壓差太小所以注水速度緩慢（，所
以第一圍阻體在7:20左右毀損）。經濟產業省部長下令打開第二圍阻體釋放易燃的氫
氣，但是開啟圍阻體通氣口的閥門卻阻塞，必須手動開啟。現場人員嘗試用可攜式空
壓機去驅動通氣口的閥門，但失敗。因為輻射劑量急速上升，工作進度更加緩慢。
Unit 1終於在15:36發生了氫氣爆，並在19:04才開始注入海水。
（2）Unit 2 水位正常，所以推測Unit 2的高壓注水系統RCIC應該是有正常作動，但
是不知道它可以撐多久。載運發電機的卡車被送來，準備不得以時注入硼水。17:30
時RCIC還在正常作動，但decay heat 使得爐心壓力持續上昇，為因應情況持續惡化
的可能性，開始準備圍阻體通氣。
（3）Unit 3 的RCIC在11:36停止運轉，雖然當時DC電還持續供應。幸運地，另一個
以蒸氣當動力的高壓循環水系統HPCI（High Pressure Coolant Injection）正常啟
動，使得反應爐的水位恢復正常。20:27時DC電用完，乾井壓力顯示器停止顯示，十
分鐘後水位顯示也終止，但HPCI還在持續運作。
3/13
（1）Unit 3 的HPCI在02:42時停止運作，爐心停止注水。爐心壓力陡升，消防水泵
無法把水注進去。4:15時大量氫氣使得爐心曝露，操作員開始試圖打開圍阻體通氣
口。5:00時燃料棒頂點已經高出爐心水位兩公尺，8:41圍阻體通氣口才被打開。工
人找到電來驅動安全釋壓閥的電磁閥，開始爐心壓力的釋壓，直到壓力夠低後終於
開始低壓注水，使得燃料棒再度被水淹沒。但是儲水槽在12:20流乾了，爐心水位再
度下降。13:00時燃料棒漏出水面的高度又達兩公尺。開始注入海水，但是水位無法
恢復到燃料棒的上頭。
（2）Unit 2 的RCIC一直正常運作，但是似乎開始有困難。操作員開始準備洩壓以及
用消防水泵進行低壓注水。
3/14
（1）Unit 3 的爐心終於燒乾見底，水車趕來協助注水與澆水，但是Unit 3終於還是
在11:01發生氫氣爆而炸毀建築。
（2）Unit 2的RCIC在13:25時停止運轉，當時水位高出燃料棒頂點兩公尺，預計16:30
燃料棒會開始露出水面。搶救的工作一再被餘震中斷，等他們在16:00重新開始搶救時
水位高出燃料棒頂點僅剩30公分。18:22爐心完全露出水面，安全閥SRV被開啟來釋壓，
但是第一次圍阻體內的壓力並沒有因而升高，因此應該是第一次圍阻體早已有洩漏管
道到第二次圍阻體內。注水的消防水車燃料用盡，爐心的水因而逐漸燒乾。新的注水
工作在20:30開始，但是因為不明原因爐心壓力再度上昇而使注水中斷到21:20，之後
因為開啟兩個安全閥而使洩壓加速，但是22:00時水位仍比燃料棒頂點低1.6公尺。
3/15
（1）Unit 2自從RCIC停止後水位就一再下降，06:00時已經有2.8公尺的燃料棒漏出水
面。接著Unit 2建築體爆炸，至此福島三座原本在運轉中的反應爐爐心全部融毀，只剩
停機維修的 Unit 4、5、6。


檢討
（1）如何確保DC電源使供電不中斷：DC電源影響儀表顯示，影響釋壓閥體內電磁閥的
正確作動，但卻可以因泡水而失效，因電線脫落而失效，因此使用時間長而失效。
（2）如何確保電磁閥在高溫下不故障：東電的安全釋壓閥檢測基準溫度是100OC，通
氣口安全閥檢測基準溫度是171OC。據福島的工作人員說許多安全閥沒有照控制指令作
動，也許是因為高溫導致電磁閥內部零件毀損。有沒有必要提高安全閥工作溫度的規
格？
（3）強震有可能導致多處冷卻水╱蒸氣外洩，但若十小時內未及時處理仍有可能導致
更大的災難：2.2.2節論證「地震後可能就已經有面積小於3cm2的小LOCA」（但該小節
排除大LOCA與中型LOCA的可能性）
（4）2.2.3論證「部分AC power 在地震後已經喪失」。


: ===================
: http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/catpolicysj/1311-20111012.html
: 探求福島核電事故的本質【1】核電事故為何會發生？
: http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/catpolicysj/1344-20111017.html
: 探求福島核電事故的本質【2】未被傳遞的專家建議
: http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/catpolicysj/1361-20111020.html
: 探求福島核電事故的本質原因【3】「父性不在」導致傳言危害擴大
: http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/catpolicysj/1816-20111219.html
: 未能防止爐心熔毀的真正理由！迫近福島核電事故的核心（上）
: http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/catpolicysj/1817-20111219.html
: 未能防止爐心熔毀的真正理由！迫近福島核電事故的核心（下）

→ nonname:先關心斷然處置是否有效吧  這問題目前都不一定有肯定答案
→ kougousei:到底為什麼要一直在無關的板po這類文章?????
→ kougousei:這和afterphd有關係嗎?
及時的斷然處置當然會有效. 何時斷然處置是個難題, 因為一定要洩壓
才能快速灌水進爐, 若不洩壓, 單靠抽海水淋爐冷卻, 未必保證不氫解
爆炸, 一旦洩壓才能灌水進爐, 就是會讓污染的輕水變水蒸氣外洩. 慢
一點的斷然處置可能就是核熔毀之後, 更造成核燃料暴露外洩.

彭大還考慮一個問題, 那就是洩壓時, 因為爐內已是高溫, 會不會讓爐
內水迅速汽化造成燃料棒無輕水覆蓋, 反應反而更快, 若造成瞬間持續
高溫, 反而達成氫解氫爆的條件.

讓渦輪發電機不停, 將電導入電池或蓄水儲存, 使蒸汽循環散熱, 可能
是更安全的辦法.

這裡未必只有核工的, 這版的 理工 PhD 甚多, 弄清這個問題或解決這
個問題, 可能讓全台更重視PhD們的優越性. 至少不必浪費一堆錢搞公投,
也不會把花了一大筆錢的核四不知怎麼辦! 省了錢, 賺了錢(譬如能防地
震的輕水核子爐改善裝置)就可以養很多博後!

如果連道理方法都說不通, 找不出解法, 養一堆 PhD 何用?

如果洩壓閥裝到塑膠汽球收集起來, 就不必擔心洩壓污染的問題了.
如果蒸汽泵能推冷凝水進爐, 那也沒有爐心熔毀問題.
相信 afterphd 版有更多高人才是 ! 希望高人共同來解決!

推 astushi:有一次記者報導高鐵遇地震竟然要花82秒~既然都知道反應爐
→ astushi:就是產生熱~又怎麼能要求他瞬間降溫呢?
核分裂的熱是用來產生高溫蒸氣推動渦輪發電機用的, 熱高壓蒸汽過了渦輪就因
能量轉為電力而降壓降溫, 再經冷卻水散熱冷凝送回核子爐內. 地震通常造成發
電機暫停, 交流電跳脫, 蒸氣閥緊急關閉, 控制棒雖然落下阻止大量核分裂, 但
遺熱還在.

如果此時有緊急電源接替, 蒸汽依然從閥送出, 經渦輪空轉後散熱冷凝送回, 就
沒這個遺熱散不了的問題. 若蒸汽閥設計成地震停電仍會讓蒸汽通過, 使渦輪空
轉或仍帶動發電機, 此時電力線仍然該跳脫, 暫態不穩的電可用於電池充電或加
熱冷水散掉能量.

或者是地震時熱蒸汽就啟動一個蒸汽泵旁路推動熱壓蒸汽的冷卻水循環, 只要熱
高壓蒸汽持續循環散熱, 遺熱就很快散光了, 就進入冷卻停轉狀態. 這就接近瞬
間降溫.

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http://mhperng.blogspot.tw/2013/04/blog-post_26.html
斷然處置不當會提前引發氫氣爆

彭大說的這現象是普通常識. 洩壓都是經過噴嘴控制噴出, 才不致讓熱高壓水
快速汽化. 像大同蒸鍋立即掀蓋, 鍋內水會立即汽化逸出, 電鍋沒水就立即升
溫跳脫, 蒸鍋就蒸不熟食物. 用高壓鍋掀蓋會更明顯, 鍋內水立即沸騰汽化,
甚至跳出鍋外, 半鍋水都不見了. 洩壓灌水可不能操作不當!

→ niwat:蒸汽只要有地方走, 就必須確保有水能注回, 斷然處置的前提
→ niwat:應該是無法保證系統中能有水注回, 所以才要洩壓由外部注水
→ niwat:而調控則必須仰仗感應器的讀值正常
→ niwat:在種種不確定因素之下, 我覺得朝向開發外部高壓水槽或是
→ niwat:高壓注水設備的開發
→ niwat:比較有潛力
您考慮的方案, 外部高壓水槽跟台電的重力水庫類似.
優點是可利用重力提供壓力及大儲存庫, 缺點是管路及水庫的防震能力.

若是高壓注水設備, 核四 Hitach 設計使用蒸汽泵壓水進爐, 但得有儲
水箱.

但最好還是得對爐內高壓高溫蒸氣冷卻以移走遺熱.
若透過熱管接冷卻海水室, 於地震時啟動. 設有蒸氣旁路可以由熱管散
熱, 就可有完全不必靠電力推動散熱器的冷卻迴路.

若是推動渦輪發電機的蒸氣水凝管線加強對抗地震做改進, 做好防洩漏
(本來就應防漏, 以免有幅射的輕水洩出), 且修改運作規則, 地震時汽
閥不關閉, 維持供電的氣水循環. 可以空轉不發電, 也可將發的暫態電
用於對 UPS 電池充電. UPS 置於冷卻系統附近, 就近接替電力對冷卻系
統供電. 利用此一發電的汽水循環迴路可快速將爐內高溫高壓蒸汽冷凝
回水存回爐內. 冷卻的冷凝可同時用氣冷扇備援, 代替抽用海水.

發電的氣水迴路散熱量大, 但管路長, 防震破壞難度高, 可是移除遺熱
卻最有效. 除了地震的震動難實際模擬外, 此段氣水迴路散熱防護是最
容易實測實驗的.

噓 ewings:先去把核子爐的三種緊急冷卻系統搞懂,再來po文吧  = =
http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/catpolicysj/1311-20111012.html
有各個冷卻系統的方塊圖, IC 放在圍阻體內或體外並沒有循環的冷卻海水協助水冷,
只是根據爐內與爐外圍阻體內溫差替爐內散熱.

http://www.taipower.com.tw/UpFile/BookFile/TNM_364.pdf
沸水式核電廠隔離冷卻器安全特性介紹  王士珍  核能研究所
此文認為福島核一廠 使用 IC 但是因為 DC 電源失效 閥門未開 無法冷卻.

http://www.aec.gov.tw/webpage/UploadFiles/report_file/1106880961NRDLM9401.pdf
是核四的 RCIC 說明與驗收報告.
RCIC 是在圍阻體外不必靠 AC電源 但使用直流電池電源, 可用爐內熱蒸氣推動水泵
補充水回爐. HPIC 是從外部水箱以蒸氣泵高壓注水.

http://www.aec.gov.tw/webpage/npp-check/files/index_05_3.pdf

這是原能會的評估報告, p20(如下)記述福島核電廠碰到的狀況.
最糟的就是福島核一廠發生氫爆, 核污染外洩. RCIC 及 HPIC 都無大量
散熱系統, 但當電池電源耗盡或蒸氣壓過低時即無法壓水進爐. 報告估算
熔毀皆在冷卻系統停止運轉造成低水位後發生.


1.反應爐補水與冷卻
由於所有馬達帶動之反應爐補水與冷卻系統，包括正常與緊急之補水系統與熱移除
系統，皆於海嘯後因失電或設備淹水受損而無法運轉，故爐心燃料之初期冷卻需靠
不由交流電源供電之補水系統，包括1 號機之IC、2/3 號機由反應爐蒸汽推動之
RCIC/HPCI 系統，但這些系統仍需由直流電力系統提供閥門與控制系統之電源，或
足夠之驅動蒸汽以推動汽機。當直流電源故障或蓄電池電力耗盡，或汽機驅動之蒸
汽壓力不足時，這些系統將無法運轉。由日本官方公佈之資料顯示，1、2 號機之
直流電力系統因第2 波海嘯而受損失電，故1 號機之IC 可能於海嘯入侵當時即無
法運轉，1、2 號機之HPCI 系統亦未能運轉。至於2 號機RCIC 系統在直流電力系
統淹水受損時正運轉中，且之後持續運轉超過40 小時，其為何可以持續運轉之原
因尚不清楚。3 號機RCIC 系統在海嘯後運轉約20 小時，其停止運轉之原因並不清
楚，但推測其電池應已耗盡；而其蓄電池設計可供電時間為8 小時，何以其可持續
運轉超過此時間之原因，仍需就其蓄電池容量計算基礎與當時負載運轉情形方能進
一步釐清。3 號機HPCI系統因低水位信號而自動起動運轉約14 小時後停止運轉，
其原因研判可能是反應爐蒸汽壓力過低所致。
==========
事實是福島核電廠雖有 RCIC/HPIC 系統, 用蒸氣泵壓水進爐也曾運作, 但仍沒
逃過爐心熔毀.

噓 ewings:我錯了,我不該理會只是跑來這個版亂po文自嗨的傢伙 = =
日本福島核一廠使用IC, 說是儀器錯誤, 最早熔毀氫爆. 2,3號使用 RCIC
雖然運作, 但推斷還是停機後不久就熔毀. 表示單靠 RCIC 無法移除遺熱.

台灣的核一廠有加裝 RCIC, 但常跳脫被原委會查核, 該廠還認為此非原設計故
不必太過重視.
http://www.aec.gov.tw/webpage/UploadFiles/report_file/1164597870NRDNPP9521.pdf

但福島的事例出來, 就反應出這是先天的設計缺陷, 還是人為疏忽的疑問.
RCIC 的直流電池規格設計為供電 8 Hr, 碰上地震海嘯顯然不夠.



※ 編輯: ggg12345        來自: 140.115.4.53         (05/10 14:39)
→ sneak: 先去把核子爐的三種緊急 https://daxiv.com
→ sneak: 我錯了,我不該理會只是 https://daxiv.com