[轉錄][轉錄][論卦]日本福島核電廠事故說明與評析(一)

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作者: Waitingchen (Rejoyce        ) 看板: Ecophilia
標題: [轉錄][論卦]日本福島核電廠事故說明與評析(一)
時間: Thu Mar 17 01:30:06 2011

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作者: CMoya (修行中~ 請勿拍餵食) 看板: Gossiping
標題: [論卦]日本福島核電廠事故說明與評析(一)
時間: Wed Mar 16 16:11:30 2011


以下文章已獲清大工程與系統科學系 李敏教授
授權發表，希望以專業的角度有助於大家對此次核能事件的了解。

李敏教授畢業於麻省理工學院核子工程博士
研究專長: 爐心熱流、核能系統、可靠度評估、雙相流、電腦模擬計算

標題:日本福島核電廠事故說明與評析
                                          清大工程與系統科學系
                                                      李    敏
                                                     2011/3/14
內文如下:

    3 月 11  日芮氏地震儀規模 9.0 級的強震襲擊日本，造成東京電力株式會社
的福島核能電廠發生輻射外釋的嚴重事故，引起全世界的關注。截至目前為止，
事故還在持續演變中，以下簡單介紹福島電廠、說明核電廠的安全設計、嘗試
交代事情發生的始末、並談談該事件對台灣未來能源政策的影響。

福島電廠

    日本東京電力株式會社是全日本最大，全球第四大的電力公司，擁有福島一廠、
福島二廠、與柏崎刈羽電廠三座核能電廠。福島一、二廠分別擁有六部與四
部沸水式反應器，總裝置容量為 469.6  與 440 萬瓩。福島一廠一號機為沸水式
反應器第三型  (BWR 3)、二~五號機為沸水式反應器第四型(BWR 4)、六號機為沸
水式反應器第五型  (BWR  5)；福島二廠四部機組全為沸水式反應器第五型。基
本上，這三型沸水式反應器的設計非常類似，而第四型與第五型可以視為標準化
的機組。台灣核能一廠所採用的機型亦為沸水式反應器第四型，商轉時間亦與福
島一廠的三~五號機非常接近。

核電廠安全設計

    核電廠的安全顧慮來自會釋出輻射線的放射性物質。安全設計上採用多重的屏障
將放射性物質層層包覆，這些屏障包括燃料丸、燃料棒護套、封閉的冷卻水系統
(壓力槽與管線)、與圍阻體。事故中，只要一層屏障能夠發揮功能，放射性物質
就不會大量釋放到外界環境，造成對民眾與環境的傷害。三哩島事故中，反應器
爐心已經熔毀，也就是前三項屏障均已喪失功能，但圍阻體保持完整，成功的防
止了放射性物質的外釋。圍阻體的設計與事故中完整性的確保，是核電營運的重
大議題。福島一廠一~  五號機的圍阻體設計為所謂的馬克一型  (Mark I)，與
台電的核一廠類似。六號機的圍阻體為馬克二型  (Mark II)。
    放射性物質會持續釋出輻射，而輻射為能量的一種形式，核電廠安全最大的
挑戰為，必須持續不斷的將燃料丸中放射性物質釋出之衰變熱移除。事故發生後
，正常系統無法使用時，須使用多重與多樣之備用安全系統將冷卻水注入壓力槽
，把熱自系統移除。由於目前的核反應器的備用安全系統大都需要交流電為動力
，故交流電源的可靠度為重要的考量，一般核電廠交流電的來源包括廠外電源、
每機組兩台緊急柴油發電機，台灣核電廠尚有兩機組共用之第五台柴油發電機與
氣渦輪發電機  (Gas Turbine)。
    沸水式反應器設有一套由蒸汽驅動的安全系統-爐心隔離冷卻系統  (Reactor
Core Isolation Cooling System, RCIC)，可由  Refueling Water Storage Tank
 (或稱為 Condensate Water Storage Tank)  或  抑壓池取水注入爐心，RCIC 的
動力來自壓力槽的蒸汽，驅動汽機，帶動泵，故不需要交流電，唯須要直流電才能
運轉。蒸汽經汽機後，進入位於圍阻體溼井的抑壓池，抑壓池再透過餘熱移除系統
  (Residue Heat  Removal  System,  RHR)  的抑壓池冷卻運轉模式
 (Suppression  Pool  Cooling Mode)，將能量透過熱交換器，交給廠用海水系統
 (此系統名稱待確認！)。RCIC 運轉只能將衰變熱自壓力槽移出至圍阻體，若 RHR
故障或喪失交流電源，熱無法自圍阻體移除，(此類型事故稱為  Loss of Long
Term Heat Removal)  圍阻體壓力會持續上升。
    反應器正常運轉所使用的系統、備用的安全系統與電力系統的耐震能力需要
超過『安全停機設計基準地震』，核電廠設計基準地震的大小與電廠的位置與地
質結構有關，是以重力加速度來表示；在一定範圍內若是有活動斷層，是不准建
核電廠的；此外仍需調查在較大範圍內活動斷層的活動記錄，再依理論計算該廠
址的設計基準地震值的大小。2007  年日本新潟地震超過東電柏崎刈羽核電廠的
設計基準地震，故電廠七部機組全部停止商轉，加強設備的耐震能力，目前已有
四部機組回復運轉。
    為確保運轉人員在事故發生時，能夠採取正確的措施，核電廠有運轉員必須
嚴格遵循的『緊急操作程序書  (Emergency Operating Procedure, EOP)  』，
逐步將機組帶回穩定狀態；若事故的演變超過設計基準，運轉員要在應變組織的
協助下，依『嚴重事故處理導則  (Severe Accident Management Guidance, SAMG)』
，採取非傳統的措施，確保燃料被冷卻水覆蓋、維持圍阻體的功能；以上非傳統措
施包括引進海水進行冷卻，而如何引進海水與引進的時機在『嚴重事故處理導則』
均有描述。『緊急操作程序書』與『嚴重事故處理導則』的遵循與了解，為電廠
運轉人員與應變組織成員的訓練重點。
    若電廠的應變組織依程序書判定事故會持續惡化，圍阻體有喪失功能的可
能，或者電廠已有放射性物質外釋，就會通知地方與中央政府，依規定與規劃進
行廠外的緊急應變。以上所述為所有使用核能的國家的標準做法，為核電廠安全
的一部分。

福島電廠事故
    根據美洲核能學會所提供的簡單說明，事故(應該是一廠一號機的)發生的大
概情形為：
地震發生後，控制棒成功插入爐心，核分裂連鎖反應停止；海嘯將輸配電系統沖
毀，造成廠外電源喪失(Loss of Offsite Power) (也許強震時即已喪失)；緊急
柴油發電機成功啟動供電，緊急安全系統開始運作；柴油發電機供電一小時後停
止運轉(Station  Blackout)，原因為海嘯造成柴油發電機燃料供應系統的故障，
緊急安全系統因沒有交流電而無法運作；反應器可能發生小破口冷卻水流失事故
(Small Break Loss of Coolant Accident)，造成冷卻水的流失；此時仍可利用
汽機帶動(不需交流電力即可運轉)的『爐心隔離冷卻系統』  ，將熱導入圍阻體
；約8小時後，直流電耗盡後，控制閥無法動作，『爐心隔離冷卻系統』  喪失功
能；在無法補水的狀況下，爐心水位降低，造成爐心裸露，燃料棒護套溫度上升，
鋯合金材質的護套迅速氧化  (Metal Water Reaction)，產生大量氫氣，燃料棒
內揮發性較高之分裂產物(碘、銫與惰性氣體)自破裂的燃料棒釋出，進入圍阻體；
為防止氫氣爆炸的發生，正常運轉時，馬克一號(Mark  I)圍阻體會充氮，故圍阻
體內無氫爆的可能；但圍阻體持續接受衰變熱，溫度與壓力持續上升，達到設定
值時，運轉員依『嚴重事故處理導則』進行圍阻體排放措施  (Containment
Venting)，透過間歇式的排放洩壓，避免圍阻體因過壓而完全喪失功能，圍阻體
排放造成氫氣與放射性質進入反應器廠房，沸水式反應器的圍阻體位於反應器廠
房內，電廠運轉時廠房維持負壓；氫氣進入圍阻體廠房後，與氧氣接觸，產生氫爆
；反應器廠房設計時，故意將上層結構減弱，若發生廠房內部爆炸，會造成廠房的
上部解體，但不會傷到圍阻體，這是為什麼網路照片顯示，建築物上半部於爆炸後
消失，只剩下鋼筋，但下半部仍然完好；反應器廠房上部解體，經由圍阻體排汽釋
入反應器廠房的少量輻射物質已進入外界環境；但圍阻體的功能未喪失，可以防止
放射性物質持續而大量的外釋。
      福島電廠的人員應該還在持續努力將燃料維持在可冷卻的狀態，截至目前為
止，尚未到有圍阻體喪失功能的報導。

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) 
◆ From: 61.58.174.56
推 waqw:可以幫忙畫一下重點嗎..
→ nostalgia:居然po在八卦版
推 loperHuang:        ^^^^^
推 kolodona:你貼在這邊 以鄉民的水準怎麼可能看董 又不是五年前的PTT
推 benny0125:尚未到有圍阻體喪失功能的報導<--總之就是看新聞得知~
→ Reddick5566:雖然用意很好 但八卦戰文重點已經變了
→ keepoo:老師,這章會考嗎
推 fur:很好啊，只不過大家會紛紛END。
→ miniUU:現在發表文章言論都滿蝦的  都是拿到間接的資料再說話
推 gify0712:看不懂~"~
推 louzymizery:感謝分享<(_ _)>
推 downtoearth:酸民表示:專家的水準不過如此
推 flygalaxy:可見在八卦版闢謠是很辛苦的
推 doom3:可惜今天16號了
推 ray2501:Good
推 chuhao:專業就要推
推 rommel1:怎麼不提4號爐廢料池?
推 magma:專業解說推 雖然我還是看不太懂(掩面)
推 tenweli:還在一號機，二號機三號機與四號的火災咧~~
推 ccl007:可惜法國人已經撤僑了~
推 JenRen:原來如此，但還是不懂(淚
→ flygalaxy:法國人要配合謠言散佈  當然要撤僑意思一下
推 skvis:清大工程與系統科學系清大工程與系統科學系清大工程與系統科
→ tenweli:14號根本是可控制的情況，問題是15號的二號機壓力控制單位
→ rommel1:最好台灣的教授能達到直接的資料
→ rommel1:               拿
→ tenweli:的損壞，四號機的廢燃料棒起火~~
→ flygalaxy:tenweli 你是希望台灣現在全面恐慌你才滿意嗎?
推 qmaper:各國紛紛譴責日本隱匿真相~大家都只能瞎子摸象
→ birdy590:跟前面被批到臭頭, 轉由 MIT 維護那篇並沒有什麼不同
→ tenweli:恐慌的是你吧!?
推 windfin:可以幫畫一下重點嘛    ...
推 downtoearth:rommel1:最好台灣的教授能達到直接的資料
→ tenweli:現在重點是發生什麼事日本怎麼處理，如何去了解。
→ downtoearth:那不知道rommel1拿到的是幾手的資料?
→ tenweli:你在河蟹個什麼勁~~
推 rommel1:教授拿到的是幾手的資料?
→ birdy590:重點在最後一段 "持續努力將燃料維持在可冷卻的狀態"
→ qmaper:別吵了~搞不好是同一份報紙的
→ louzymizery:把這篇配合之前的圖當作核電廠安全系統基礎理解不是
推 dancemoon:我相信比台媒先手
→ louzymizery:很好嗎....這樣也能戰XD...塞亞人嗎...
推 ychinglin:李敏老師是大刀，我的熱力學QQ，不過是個難得的好老師
→ tenweli:3/14號到現在根本沒有參考意義了~~重點是15日發生什麼事
→ miniUU:教授:我參考寶傑他們的資料                     囧
推 tomo1026:這篇是14號的..。但是東電隱藏了多少的內幕呢?
推 KG29911069:專業給推~
推 flygalaxy:我在闢謠  你當我河蟹?
推 glenmarlboro:上次有跟李敏開會 他真的懂很多...台電高層照電
推 benjer6:推
推 fanggi:竟然會有人質疑他...鄉民程度大概不下於教授
推 vibba:推
→ louzymizery:很多人也只知道14號爆了.怎麼爆也還是一知半解.
推 tokyoto:為什麼這麼著急呢 事情都還沒告一段落 擁核派就急著說明了
→ birdy590:局勢或許比前一天惡劣, 但是基本上作法並沒有改變
→ louzymizery:這篇針對14號事件寫得算相當科普哩...是好事阿.=_=
→ cimone:重點就是福島雖然發生了氫爆 但還沒到達完全失控的狀態
→ waydi: 說不定評析(二)就會講15日了  看教授文要耐心點 XD
推 tenweli:重點是14日的情況本來就是可控，15號的包才大~~
→ LAM:tenweli你別急....這篇是兩天前寫的  說明的也是兩天前的事
推 adst513:有沒有圖解呀XD 一堆字XDD
→ flygalaxy:包很大?  你自己腦內補完?
推 downtoearth:科普甚麼，根本沒人看就end
→ LAM:講的很詳細又很簡單  一般大眾都看得懂
推 nanokevin:我清華的導師 大推 MIT核工PHD
→ birdy590:中間或許有人為疏失的可能, 但是並不會改變裡面的解釋
推 Glasvegas:ㄌㄇ耶 拜一下
推 b0850:看完~~推 淺顯易懂
推 tomo1026:李老師之前有跟TVBS連線啊  還偷酸了節目主播XD
→ downtoearth:還沒看就已經開放酸民酸了
推 kudo0930:fly是勸世鮮師嗎？　別白費力氣了^^
→ birdy590:圍阻體是不是有受損 大概要到事件告一段落才會有答案
→ louzymizery:機構圖示前兩天有文章有貼..可是我現在找不到.囧a
推 dancemoon:想酸的不會理會這篇多專業，只會說今天16號了直接忽視
→ qmaper:MIT核工PHD打的過ptt核工酸民???
推 hakkinen1984:還是交給專業的人去處理就好
→ fanggi:XDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
推 gmoz:鄉民從年薪百萬/多益900起跳 現在又要多一個核知識可比專家了
推 limpidsky:所以PTT News開始有專業社論或短評了嗎？真不錯...
推 downtoearth:酸民表示:教授拿的到幾手資料?
推 uhmeiouramu:================跟我想說的差不多=================
推 eric1999ty:老師 可以直接跟我說會考哪嘛?
推 AceGuard:基本上跟國外學者所分析的差不多 http://ppt.cc/TG2K
推 lavigneA:看不懂 ~"~y
噓 AXOXI:紅明顯待會補推 可借轉嗎?謝謝您!
→ terop:最後一段完全看不懂了
推 FeNiOKa:推
→ Tuberosa:看最後一句, 所以也是看報導寫的 ^^
推 phix:反正就是故意爆在外面不是爆在裡面.....(疑?
→ blatta:那個國外學者文都被接管了(攤手)
推 Kouzuki:看不懂的可以去看一下昨天有人PO的屎屁簡易版比喻
→ qmaper:所以大家都是看同一份報導~~~
→ Kouzuki:#1DVx6wT0 (Gossip)
推 kikicoco168:目前沒有圍阻體受損的報導~怕就怕~東電有所隱瞞啊!
推 AXOXI:補推
推 Rayearth2037:專業好文一推～
→ ppit12345:就算拿到同一份資料,教授本身的專業也可以讓他知道
推 flysonics:推~~!
→ ppit12345:過去有那些同樣的問題產生,現在可能的運作細節
→ ppit12345:可能造成的問題以致於現在的情況
推 kikicoco168:所以屋頂炸開~也是為了減壓不傷圍阻體~怕就怕無法減壓
推 Isoroku5566:原來屋頂是故意設計好炸的，專業推！
推 kiliman:奇怪... 我覺得還算易懂啊... 不要被一堆英文縮寫給嚇到啊
推 rickb9l:簡單的來說,就是氫爆屬正常能量釋放,沒事的....(幹)
推 tenweli:氫爆是小事沒錯..問題是出問題的不是那。
推 rickb9l:屋頂炸開為了保護圍阻體  輻射從上方跑出來....真諷刺
→ CMoya:老師人現在在美國，文章是昨晚請求授權的
推 kiliman:為了避免圍阻體爆開產生更嚴重的傷害 所以犧牲外圍廠房
推 rickb9l:因為圍阻體還在  所以覺得還可以救   不過真的可以救嗎?
→ CMoya:於今天下午得到授權，使用修訂後的版本
推 BABWO:看懂+1 推
→ waynedd:現在大家不都是拿著二手資料在猜測嗎??好壞都要看..
推 DDD2002:看不懂~"~
推 kiliman:就怕有人連二手資料都不看 只看新聞就開砲~
→ waynedd:二手資料不就是這些新聞嗎??
推 vincent0719:專業的解說 淺顯易懂
推 phentom:這是兩天前的情形吧? 現在的情形好像更嚴重...
推 Zamned:原PO已經說 這是今天下午的修正版本
→ Zamned:請注意CMoya大大的回文 謝謝分享好文
推 abcliou:推
噓 greenpeace21:圍阻體的功能未喪失? 日本人都不敢講了
推 wjuiahb:李教授推~!曾有姓在一小型座談會聆聽他的專業，受用無窮
推 phentom:看到了 謝謝提醒
推 mediz:這是3/14的內容了...............
推 darren8221:第一句就0分 不要再規模9.0級了
推 faxy:看完推
推 kurapica1106:看玩應該能了解核電廠的保護措施
推 ellinath:看完看懂推 稍微想一下就接起來了 這應該是3/14狀況解說~
推 nosame:這個...太專業
推 Suzie:專業推~
推 evilvens:推
推 garcia:MIT教授 VS 鄉民 想挑戰的快上擂台
推 Simman:PUSH
推 peteroreo:推
推 FLJX:專業推
推 Waitingchen:借轉環境板，謝謝！
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男なら　誰かのために強くなれ          只要是男子漢　都會為某人而變堅強
齒を食いしばって　思いっきり守りぬけ  咬緊牙關　下定決心守護到底
轉んでもいいよ　また立ち上がればいい  跌倒也無所謂　再站起來就好
ただそれだけ　できれば                只要做得到這個
英雄さ All Right！                    你就是個英雄了！（All right!）
                    -- DOA 英雄 --

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