[Physics] The reason why the nuclear plant exploded

Q: 哪裡來的氫氣？

地震發生當下，反應器順利完成了緊急熱停機，不過即使是在熱停機的狀態下還是會有平時6%左右的功率，既然還有功率一定要想辦法把這些持續產生的熱能疏導出去，主要的方法就是像平常一樣和海水熱交換。

不過這時強烈的天災使電廠進入了所謂電廠全黑(Station. Blackout)的狀況，基本上就是電廠內外部交流電源全部失效，唯剩下備用之柴油電源，然而不幸的是海嘯又摧毀了柴油供電系統和抽取海水的幫浦 (聽說福島一廠有13部柴油機組好像全都壞了= =  以後應該會朝這方面改進..)

這時就只剩下最後的緊急冷卻系統(RCIC)了，它靠著反應器產生的熱來輸送電廠內部的儲水來進行冷卻，一方面進行冷卻一方面又藉著輸水消耗熱能，可謂一舉兩得，只是設計的儲水量大約只能維持八個小時，這段時間一過溫度和壓力又開始升高，最後在快到圍阻體能承受的臨界點之前釋放壓力，釋放了氫氣造成之後的氫爆（帶有輻射的粒子也就是在這時溢散出來的）

所以到底是哪裡來的氫氣呢？
原來是來自於包覆燃料棒的金屬鋯，隨著溫度不斷提升，在超過了2200F會開始和水起化學反應進而放出氫氣，一般圍組體內都會持續注入大量氮氣壓低氫氣的比例，不過這次在減壓的過程中讓氫氣累積在廠房裡，濃度過高的結果就是....碰！！！！


<節錄自PTT_Physics版 作者kanonehilber>

另外一種說法

氫氣被用於發電機組的冷卻（Hydrogen-cooled turbogenerator）
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen-cooled_turbogenerator
因為氫氣是熱傳導係數最高的氣體 0.168 W/(m*K)，加上最小的密度，viscosity低，所以流動時的阻力小。

不過後來日本官方證實這次氫氣爆炸來源，不是因為發電機的冷卻氫氣，而是反應爐冷卻水超高溫，而分解出氫氣所產生爆炸。

此外，

日本NGO東京原子力情報室記者會內容摘要

發言人： 

後藤　政志（東芝・元原子炉格納容器設計者）

Masashi Goto, Former Toshiba Nuclear Power Plant Designer

後藤先生針對三號機爆炸事件說明：

雖為氫素爆炸，但爆炸方式與一號機不同。爆炸發生地點在核島區上方，據政府發表，原子爐及圍阻體並無損傷。但爆炸地點在燃料儲存池附近，上方搬運燃料的天車已經受損，可預測該爆炸使圍阻體外部出現凹陷，只是還沒破損。

為了釋放壓力，必須打開閘門釋放水蒸氣。會發生爆炸表示圍阻體有某些地方洩漏。這次爆炸雖然在外部發生，但如果有外部的氧氣隨著洩漏處進入圍阻體內，也有可能在內部引發爆炸。

接下來講原子爐的冷卻部份。冷卻必須要有電源、幫浦、水。目前的電源僅有一部分恢復，電源供應情形處在一個極限狀態。我們必須讓燃料棒完全掩蓋在冷卻水中，如果能持續做到這點，原子爐將可順利降溫。但現在不管是電源、幫浦、水的情形都處於不穩定狀態。現在電力公司只有在現場不斷確定這三項是否有穩定作用。這就是他們目前的工作。

主電源因為地震停擺，緊急電源也因海嘯毀損。這種現象在所有機組出現。現在有些機組的柴油發電機能動，也有些機組完全不行。電力供應是現場最頭痛的問題。

我可以推測目前三號機的燃料棒完全掩蓋在冷卻水之中的可能性很大。雖然水位計的正確性有點令人懷疑，且根據種種數值表示，燃料棒似乎也有溶化跡象。因此我們不能斷言三號機已經走出危機，目前仍處於一個微妙的狀態。

關於二號機：二號機的水位下降，燃料棒已經露出，露出長度尚待確認。所以二號機現在正處於危險狀態。二號機的冷卻系統受損，將來是否能順利冷卻，會是一個很大挑戰。我想他們正嘗試把海水灌入原子爐。但週圍機件狀況不佳，令人擔心這個作業是否能順利完成，因此，圍阻體也正受到嚴峻考驗。總之，燃料棒露出的時間越長，爐心熔毀的機會就越高。

問：到底目前的放射線量對人體有何影響？把它推算成照幾次X光的量是否適當？

答：最大的問題是人類到底停留在那裡有多長時間。假設，我們一年內在身體同一個部位照三次X光，這也表示該部位會增加危險性。X光是我們生病時，無可奈何的情況下在照的。如果隨時處在放射線的情形下，當然罹癌機率會增加。

現場傳入追加資訊：二號機的燃料棒水位持續低下，燃料棒整體可能已完全露出。抽水幫浦

的燃料用完卻沒人發現，但在補充燃料後已重新灌入海水，目前水面約有30公分。 

問題：三號機的爆炸看到黑煙，這會有什麼影響？MOX燃料有何影響？

答：目前可確認爆炸規模及噴出的氫素比一號機大，其他只能臆測。MOX燃料的鈽會使情形更嚴峻。因燃點較低更易熔解。

關於爐心熔毀：三里島時溶解的情形持續很久，整座機組熔掉。最可怕的是爐心熔毀後貫穿地面，目前這幾座機組雖還沒達到這種狀況，但可能性都尚未排除。

問：到底要冷卻多久才能離開危機？

答：無法推測，我們的資訊太少，三里島時也是花了十年才能確認當地是否已安全。更令人擔憂的是，只要有任何一座完全爐心熔毀，將無法在現場繼續作業，結果會可能導致其他機組也熔毀。

問：1號機爆炸後還可看到建築物骨架，3號機似乎連骨架也損毀，請問看法？

答：這表示3號機的幫浦車可能已被炸上天。

問：為何你肯在這裡開記者會？

答：我在設計原子爐圍阻體的時候，就已認識到地震可能使爐心熔毀，圍阻體也可能破損。在2007年柏崎刈羽時我已感到危機，這次地震則將當初的設計缺陷完全證明，基於一個設計者的良心，我選擇站出來。

問：我們該如何向政府或電力公司發問，才能問到更正確的資訊。

答：這也是我本身的煩惱，我也不知道要怎麼問才好。不過現在我只希望被害能減到最小，不要演變成無法挽救的情況。政府能做的是正確公開資訊，尤其是放射線計量的資訊，並隨著真正的污染情形作出適當措施。我們正面臨爆炸、爐心熔毀等多重核災，政府應更積極努力將被害減到最小。我想電力公司與政府正在盡最大努力搶救，現在不適合作出任何對他們的批判。但我想請求他們正確公開資訊，針對真正情形作出正確判斷。

有很多人相信圍阻體能做最後屏障，但我在研究設計時發現，所有的設計者並不會考慮到無法預測的現象。早在1994年，保安院就已得知現有的圍阻體並無法承受這種千年一次的災害，但他們認為這種事故發生機率很小，應該不會造成影響，但現在事情卻已發生。

問：現在很多媒體報導核電廠爆炸，但這只是氫素爆炸，不是核能爆炸，您對此種敘述方法有何意見？

答：當然，這不是核爆，但我想問題不在那裡。我們遭遇的是電源喪失，冷卻失敗，壓力上升，氫素爆炸等多重狀況，很多事情都已失去控制，這都已超過設計者原有的想像，因此我們正處在一個相當危險的情況。

記者會到此結束