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核反应堆如何工作？
大多数核反应堆，包括日本福岛第一发电站的核反应堆，本质上都是高科技水壶，可以有效地煮沸水来发电。它们依赖于利用核裂变——将原子分裂成两个较小的原子，同时产生热量并释放中子。如果另一个原子吸收其中一个中子，则该原子变得不稳定并自身发生裂变，释放出更多的热量和更多的中子。链式反应变得自我维持，产生稳定的热量来煮沸水，驱动蒸汽轮机，从而产生电力。
核能在日本和其他地方提供了多少电力？
根据国际原子能机构的数据，日本拥有 54 座核反应堆，每年发电 2800 亿千瓦时，是世界第三大核电生产国，仅次于美国和法国。福岛第一核电站受到 3 月 11 日地震的严重打击，拥有其中六个反应堆，所有这些反应堆都在 1970 年代投入使用。
在全球范围内，核能约占发电量的 15%；日本近 30% 的电力来自其核电站。美国的核电总产量更高，但核能在其能源结构中的份额较小。美国约 20% 的电力来自核电站，使其成为该国继煤炭 (45%) 和天然气 (23%) 之后的第三大电力来源。
核反应堆使用什么燃料？
大多数核反应堆使用富含铀 235 的铀燃料，铀 235 是容易裂变的铀同位素。（同位素是原子质量不同的元素的变体。）铀 238 在自然界中比铀 235 更常见，但裂变效果不佳，因此燃料制造商将铀 235 的含量提高到百分之几，这足以维持持续的裂变反应并产生电力。浓缩铀被制成燃料棒，包裹在由锆等合金制成的金属包层中。
福岛第一核电站 3 号反应堆使用所谓的混合氧化物 (MOX) 燃料，其中铀与其他可裂变材料混合，例如来自乏反应堆燃料或退役核武器的钚。
如何关闭核反应？
持续的核裂变反应依赖于中子从一个原子传递到另一个原子——在一个原子裂变中释放的中子触发下一个原子的裂变。因此，切断裂变链式反应的方法是拦截中子。核反应堆利用由镉、硼或铪等元素制成的控制棒，所有这些元素都是有效的中子吸收剂。当反应堆发生故障或操作员因任何其他原因需要关闭反应堆时，技术人员可以远程将控制棒插入反应堆堆芯以吸收中子并关闭核反应。
一旦核反应停止，反应堆会熔毁吗？
即使在控制棒完成工作并阻止裂变反应之后，燃料棒仍然保留大量热量。更重要的是，已经分裂成两半的铀原子会产生放射性副产品，这些副产品本身会释放大量热量。因此，即使没有裂变，反应堆堆芯也会继续产生热量。
如果反应堆的其余部分正常运行，泵将继续循环冷却剂（通常是水）以带走反应堆堆芯的热量。在日本，3 月 11 日的地震和海啸导致停电，切断了反应堆冷却系统的外部交流电源。根据已发表的报告，发电厂的备用柴油发电机随后不久就发生故障，导致反应堆无法冷却，并面临严重的过热危险。
如果没有稳定的冷却剂供应，热反应堆堆芯将持续煮沸周围的水，直到燃料不再浸没。如果燃料棒保持裸露，它们可能会开始熔化，并且热的放射性燃料可能会聚集在包含反应堆的容器底部。在最坏的熔毁情况下，热燃料池可能会熔穿钢制安全壳，并穿过旨在包含核材料的后续屏障，将大量的放射性暴露在外部世界。
如何避免熔毁？
日本核电站的运营商已多次尝试冷却反应堆，包括将海水泵入反应堆堆芯以补充逐渐减少的冷却液。东京电力公司 还向反应堆注入了硼酸，一种中子吸收剂。
此事件与切尔诺贝利或三里岛相比如何？
目前，福岛第一核电站的三个反应堆都严重瘫痪。1 号和 3 号机组发生了爆炸，摧毁了外墙，显然是由于燃料棒中的锆在极高的温度下与冷却水发生反应而产生的氢气积聚造成的——但那里的内部安全壳目前似乎完好无损。3 月 15 日报告了第三次爆炸，发生在 2 号反应堆，那里的情况似乎更加可怕。爆炸后，抑制池（反应堆下方的环形水容器）中的压力下降，表明安全壳已受损。
在 1、2 和 3 号反应堆中，水位下降到足以让燃料组件暂时裸露；这些燃料棒被认为受到了损坏。而 4 号休眠反应堆中存储乏燃料棒的水池发生的火灾给留在现场的少数工人带来了额外的危险。
日本官员最初将该事件评为 4 级，即国际核和放射事件等级 (INES) 七级制中的“具有局部影响的事故”，但普林斯顿大学物理学家 弗兰克·冯·希佩尔告诉《纽约时报》，福岛第一核电站的情况“已经远远超过三里岛”。三里岛是美国最受关注的核事故，被列为 5 级——“具有更广泛影响的事故”。
1979 年，在那家宾夕法尼亚州的核电站，冷却系统故障与工人失误相结合，导致了部分熔毁——大约一半的反应堆堆芯熔化，并在钢制压力容器底部形成了一个放射性水池。容器保持完好，但仍有一些辐射从核电站泄漏到周围环境中。
1986 年的切尔诺贝利事故更具破坏性；它在 INES 量表上被评为 7 级，即“重大事故”。在乌克兰（当时是苏联的一部分），一次电力激增导致该核电站的一个反应堆发生爆炸，向空气中释放了大量的放射性沉降物。据美国核管理委员会称，两名核电站工人当场死亡；在随后的几个月中，又有 28 人死于辐射中毒。切尔诺贝利的放射性沉降物传播范围很广，这场灾难的健康影响难以量化。联合国原子辐射影响科学委员会的一份报告发现，在灾难发生时，乌克兰、白俄罗斯或俄罗斯 18 岁以下的 6,000 人在 2006 年之前患上了甲状腺癌，其中“相当一部分”人可能是由于接触辐射而患上该疾病。