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随着日本有40年历史的福岛第一核电站的情况每况愈下——该电站六个沸水反应堆中的四个已被爆炸或火灾损坏，辐射已开始泄漏到大气中——那里的官员继续向反应堆注入海水，以孤注一掷地尝试冷却燃料棒，避免可能在全国甚至更远地区释放放射性尘埃的完全熔毁。运营第一核电站的东京电力公司（TEPCO）决定在反应堆压力容器中使用掺有中子吸收剂硼的海水，这几乎确保了这些反应堆将永远无法正常运行，永久性地损坏了世界25个最大的核电站之一。
这些极端措施是必要的，因为循环净化水以防止燃料棒熔毁的正常和辅助冷却系统失效。上周的海啸不仅切断了第一核电站的正常电力供应，还淹没了备用柴油发电机并使其失效。在震级 9.0 的地震引发海啸袭击时，该电站六个反应堆中的三个已经停堆进行维护，但东京电力公司一直在努力冷却运行中反应堆中使用的燃料棒。覆盖这些燃料棒的水不足导致所有三个运行中反应堆都发生爆炸，这可能是由于氢气积聚造成的。
第四个反应堆，即3月11日之前已停堆的反应堆之一，周二发生火灾，威胁到乏核燃料储存池中的水蒸发。《日经网》报道称，该火灾可能是由从池中渗出的氢气引起的。
与另一种选择——完全熔毁相比，毁坏六个核反应堆的前景显得微不足道，完全熔毁将用放射性物质污染该综合体下方的地面，这些放射性物质可能会通过风、雨水和地下水传播，可能导致成千上万人患上放射病。 大众科学采访了帕维尔·茨韦特科夫，德克萨斯农工大学学院站分校的核工程助理教授，了解为什么海水是冷却受损核反应堆的最后手段以及东京电力公司未来的选择。
[以下是采访的编辑稿。]
为什么核设施通常依靠净化水来冷却其反应堆？它是如何净化的？
我给你举个例子：如果你有一个煮沸的锅，而你的水中有太多的矿物质，那么冷凝水会积聚在你的煮沸锅内。当这种情况发生在反应堆中时，它会干扰燃料元件的性能。能源公司不希望危及他们反应堆材料的性能，所以他们使用净化水，通常来自现场的特殊净水厂。净化水可以去除大部分盐分和任何可能积聚在燃料元件上的物质。
在什么情况下核电站会使用海水来冷却其反应堆？
使用未净化的水不是一种正常做法——从来没有这样做过。电厂不会从河流或海洋中取水来补充他们自己的内部用水，这些水完全在闭环系统中。当然，他们会定期补充一些新水，以弥补蒸发和其他损失，但这些水在使用前会经过净化。
东京电力公司的反应堆失去了低于正常运行条件的水，所以他们必须为此提供额外的水。盐水中显然含有大量的矿物质，如果直接从海中提取，它也含有各种各样的其他漂浮物。即使这些东西被过滤掉，盐水的化学性质也与通常通过反应堆的水不相容。它对燃料元件的腐蚀性太强。我猜想，在将这些水引入反应堆堆芯后，这些堆芯将变得完全无法使用。这是因为水中的任何物质都会附着在燃料棒的表面，使热传递变得不可预测。
海水中硼的作用是什么？
硼可以注入到水冷却剂系统中，以控制反应堆堆芯的活性，因为它是一种强大的中子吸收剂，特别是对于热中子而言。但是，硼通常不用于沸水反应堆，例如福岛第一核电站的反应堆，因为硼也对燃料元件具有腐蚀性。然而，在紧急情况下，可以使用硼和海水来抑制燃料元件中的裂变链式反应。
因此，使用海水和硼是冷却反应堆的最后手段？
可能如果他们有更多的时间，他们会尝试恢复运行备用冷却系统的柴油发电机，并循环使用他们已经拥有的水。但是，由于堆芯中的水因高温而蒸发，他们需要添加更多的水，以便他们能够迅速抑制沸腾状态。
考虑到建造一个新的反应堆可能要花费数十亿美元，难道没有办法清理燃料元件吗？
他们可能会尝试探索是否可以修复反应堆，因为它是一项重大投资。但我不知道有人像他们现在这样长时间在他们的反应堆中使用盐水。