反应堆在工作时,会因为核裂变而释放巨大功率,常见机组在2000MW(200万千瓦)数量级,现在有更大的,而切尔诺贝利电厂在失控前已经达到了万兆瓦级的功率。反应堆有多大呢,这个主要看反应堆的形式。像切尔诺贝利那样的石墨砌体的气冷堆,我记得堆芯部分是1700吨(可能记错了),小一点的也有几十吨。但即使按100吨来算,如果这200万千瓦的功率不导出,全部闷在堆里,温度升到上千度也就一两分钟的事情。
假设反应堆正在额定功率输出,而此时负责将功率导出的装置失灵,没有其它保护措施的情况下,只需要几分钟,堆芯就会化成岩浆。
为了避免上述情况,所有反应堆都设计了复杂的安全措施。如果发生严重事故,系统会立即停堆,主要是把控制棒插到底,甚至注入含硼的水,以完全终止链式反应。
据纪录片说(非学术资料),切站是在堆芯已融化时尚未停堆,直到爆炸时功率依然在上升,因此后果比较严重。而福站当然有条件采取停堆措施,使裂变功率降到零。
但是,停堆并不等于反应堆不再发热。临界以后,反应堆会产生大量裂变产物,其中有许多短半衰期的物质,其数量依然是巨大的。这些物质发生衰变也会产生热量,核电池就是利用放射性物质衰变发热来发电的。当然,这样的热量远远小于反应堆的正常功率。但如果不将其导出,堆芯的温度依然会升高,只是上升得慢一点。
但反应堆停堆以后,尽管发热并使温度升高,但输出的功率不足以推动汽机发电。这就意味着,如果没有外部供电,电厂就将会失去厂用电,用于进行一次和二次循环的热载体就无法泵送,一切辅助的大功率电器都无法开启,反应堆内的裂变发热不能导出,最终还是会熔毁堆芯的。
对于上述后果,核电厂在设计时显然早有考虑,例如,配备有大功率的柴油发电机,用于在主发电机停电时提供最基本的厂用电。反应堆还有事故用的冷却水,以便在发生极端的停电情况或者设备故障时,可以不依靠电力向反应堆提供冷却。
但如果缺少电力的话,这个冷却水就是有限的了。福站的说法是,由于海水灌进了柴油发电机房,厂用电完全失去。向反应堆应急注水不足,使部分燃料未进行冷却。水蒸气与高温的燃料棒反应,产生了氢气,发生爆炸,炸裂了反应堆的密封壳。裂变产物随蒸气喷出,造成严重的放射性物质泄漏。
每次核事故的细节理论上都是公开的,各国设计机构在设计新的电厂时都会借鉴以往的经验教训。从这个角度来看,新的电厂一定比老的电厂安全、可靠。现在一些主要依靠核电的地方(例如台湾,法国),很多人反对新建核电厂,已经修好的也不让开机,让老厂负担很重,其实很不明智,出事的都是几十年的老厂。有效的做法是扶持新厂上马,推动老厂淘汰。