福島核電站事故真相

1、【專家詳解】福島核電站事故真相（一）：輕水反應(yīng)堆的危險性及安全盲點在2011年3月11日下午2時46分發(fā)生的里氏9.0級東日本大地震中，日本東北電力的女川核電站（地震時1、2、3號機組處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)）、東京電力的福島第一核電站（地震時1、2、3號機組處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，4、5、6號機組處于定期檢查狀態(tài)）和第二核電站（地震時1、2、3、4號機組處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)）、日本核電的東海發(fā)電站（2號機組處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)）受災(zāi)。其中，只有福島第一核電站的堆芯冷卻系統(tǒng)失靈，并引發(fā)了日本核電站史上最嚴(yán)重的重大連鎖事故。根據(jù)國際核事件分級表（INES）判定的事故等級暫為“7級”（圖1）。該等級超過了美國三里島核電站發(fā)生的堆芯熔毀

2、事故，與前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站反應(yīng)性事故1相當(dāng)。 1：反應(yīng)性事故：一根控制棒被瞬間抽出不會損傷堆芯，但如果兩根同時抽出就會對堆芯造成毀滅性破壞。一根被抽出的概率為1/1000以下，兩根同時被抽出的概率為1/100萬以下。一般認(rèn)為兩根同時被抽出的情況在現(xiàn)實中不會發(fā)生。雖然沒有理論根據(jù)，但不以此為前提，輕水反應(yīng)堆技術(shù)就無法成立。 圖1：國際核事件分級表（INES）核事故及故障的評估標(biāo)準(zhǔn)，由國際原子能機構(gòu)（IAEA）和經(jīng)濟合作與發(fā)展組織核能機構(gòu)（OECD/NEA）制訂。福島第一核電站事故被定為最嚴(yán)重的“7級”。本圖根據(jù)日本資源能源廳的資料制作。本文將以輕水反應(yīng)堆存在的根本性危險、此次重大事故的源頭應(yīng)

3、急柴油發(fā)電機失靈的原因，以及引發(fā)重大連鎖事故的機制為主進行解說。本文涉及的內(nèi)容并不只是對迄今為止公布的事實關(guān)系進行單純的整理，而是筆者從獨自的視點出發(fā)進行技術(shù)評價的同時，向日本的安全審查制度及其實施內(nèi)容提出的嚴(yán)重質(zhì)疑。 輕水反應(yīng)堆的危險性及安全盲點輕水反應(yīng)堆（Light Water Reactor：LWR）是美國反應(yīng)堆廠商開發(fā)的發(fā)電反應(yīng)堆，共有兩種堆型。分別為壓水反應(yīng)堆（Pressurized Water Reactor：PWR）和沸水反應(yīng)堆（Boiling Water Reactor：BWR）（圖2）。前者是美國能源部（United States Department of Energy）旗

4、下的橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）與美國西屋（Westinghouse）公司、后者是美國能源部旗下的阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）和美國通用電氣（General Electric，GE）共同研發(fā)并商品化的。 圖2：輕水反應(yīng)堆的堆型沸水反應(yīng)堆利用反應(yīng)堆內(nèi)鈾燃料發(fā)生核裂變時產(chǎn)生的熱加熱冷卻劑（真水），使用生成的蒸氣直接驅(qū)動渦輪機（a）。壓水反應(yīng)堆則是在反應(yīng)堆內(nèi)的鈾燃料發(fā)生核裂變后，1次冷卻劑變成高溫高壓的熱水，并流向蒸氣發(fā)生器，與2次冷卻劑進行熱交換。2次冷卻劑變成蒸氣驅(qū)動渦輪機。本圖根據(jù)日本資源能源廳的資料

5、制作。全世界目前有將近500座動力反應(yīng)堆在運轉(zhuǎn)，其中8成是輕水反應(yīng)堆。進一步細(xì)分的話，輕水反應(yīng)堆中的6成是壓水反應(yīng)堆，其余4成是沸水反應(yīng)堆。東京電力公司擁有包括福島第一核電站在內(nèi)的17座沸水反應(yīng)堆2。 2：這17座中，福島第一核電站有6座，福島第二核電站有4座，柏崎刈羽核電站有7座。 動力反應(yīng)堆的主流輕水反應(yīng)堆采用熱中子吸收截面大于重水和石墨的普通水（輕水）作為緩沖劑和冷卻劑3。燃料方面，由于天然鈾的濃度不會到達(dá)裂變，因此采用34質(zhì)量的低濃縮鈾4。由此，即使堆芯較小也能實現(xiàn)較高的熱輸出，作為具有高輸出密度的商業(yè)反應(yīng)堆能夠發(fā)揮出色的經(jīng)濟性。 3：熱中子吸收截面表示吸收幫助發(fā)生核裂變的熱中子的概率

6、。單位為“b（barn）”，1b10-24cm2。重水的熱中子吸收截面為1mb，石墨為4mb，而輕水高達(dá)660mb。 4：鈾的最低裂變濃度為1.5質(zhì)量。 為此，不僅是在反應(yīng)堆運轉(zhuǎn)時，停運時也必須使堆芯的發(fā)熱和冷卻保持平衡。這一平衡狀態(tài)的輕微失衡會導(dǎo)致燃料受損，嚴(yán)重失衡則會導(dǎo)致堆芯熔毀（Core Melt）。輕水反應(yīng)堆技術(shù)被戲稱為“走鋼絲技術(shù)”也緣于此。 對于輕水反應(yīng)堆來說萬一發(fā)生事故，要絕對優(yōu)先實施堆芯冷卻。為此，作為驅(qū)動冷卻泵的電動機的電源，備有可在停電時供電的應(yīng)急柴油發(fā)電機（Emergency Diesel Generator），由該發(fā)電機向3套應(yīng)急堆芯冷卻裝置系統(tǒng)（Emergency C

7、ore Cooling System：ECCS）供電5。不過，上述二者之中的任何一個失靈的話，就會導(dǎo)致堆芯熔毀。福島第一核電站發(fā)生的就是這樣的事故。 5：沸水反應(yīng)堆又包括高壓注水式、低壓注水式、反應(yīng)堆隔離冷卻式，壓水反應(yīng)堆包括高壓注水式、低壓注水式、無需冷卻泵的蓄壓注水式。 輕水反應(yīng)堆中具有代表性的事故為冷卻劑喪失事故（Loss of Coolant Accident：LOCA）和反應(yīng)性事故（Reactivity Accident）。在現(xiàn)實中，因管道破損而引發(fā)的冷卻劑喪失事故最容易發(fā)生。 日本初期的輕水反應(yīng)堆安全審查制度不完善福島第一核電站是從20世紀(jì)70年代初期至后期開始投入運轉(zhuǎn)的，是日本的

8、代表性核電站之一（表1）。最古老的1號機組是在美國尚且只有3座輕水反應(yīng)堆運轉(zhuǎn)時下的訂單，可以說從誕生起，就肩負(fù)著反應(yīng)堆的試驗使命6。 6：其他3座分別是美國西平波特(Shippingport)、楊其羅(Yankee Rowe)、德累斯頓（Dresden) 1號機組。 輕水反應(yīng)堆的設(shè)計壽命為40年。達(dá)到設(shè)計壽命的反應(yīng)堆全世界目前共有5座，日本有3座，其中之一就是福島第一核電站的1號機組7。 7：5座具體為美國Oyster Creek和九英里峰(Nine Mile Point) 1號機組、敦賀1號機組、美浜1號機組、福島第一核電站1號機組。 福島第一核電站的一個特點是，從1號機組至5號機組均安裝了

9、名為“Mark型”的燒瓶狀反應(yīng)堆安全殼。其底部有用來儲藏冷卻水的巨大環(huán)形抑壓池（圖3）。只有6號機組安裝了后來成為標(biāo)準(zhǔn)的“Mark 型”圓錐狀反應(yīng)堆安全殼。無論如何，這些初期的輕水反應(yīng)堆安全審查時間只有短短的半年到一年。在當(dāng)時日本作為國策推進的核電站的背景下，安全審查不可否認(rèn)地受到了政策的左右。 圖3：反應(yīng)堆建筑的截面圖地震前的福島第一核電站1、2、3號機組的狀態(tài)。中央的燒瓶狀反應(yīng)堆安全殼在底部有環(huán)形抑壓池。本圖根據(jù)東京電力的資料制作。福島第一核電站事故就是在這種背景下發(fā)生的。“是由意料之外的地震和海嘯引起的”、“這是人類的智慧無法戰(zhàn)勝的天災(zāi)”，也許此類觀點比較多。但筆者認(rèn)為，此次的事故并非天

10、災(zāi)，而是人禍。這是因為這些核電站的抗震指針只擁有比以往發(fā)生的地震震級和海嘯高度高出幾成的安全基準(zhǔn)，令人不得不質(zhì)疑這真能起到保證安全的作用嗎？ 這種問題并不只存在于福島第一核電站。例如，在2007年7月新潟縣發(fā)生里氏6.8級中越?jīng)_地震時，觀測到的地震是設(shè)想值2倍的東京電力柏崎刈羽核電站也存在相同的問題。當(dāng)時，該核電站“雖然沒有明顯的嚴(yán)重?fù)p害”（國際原子能機構(gòu)（IAEA），但3號機組旁邊的變壓器發(fā)生了火災(zāi)，6號機組反應(yīng)堆建筑的橋式起重機受損。將其歸咎于天災(zāi)未免過于幼稚，還是解釋為人禍更為恰當(dāng)。原因是對海底的活動斷層和發(fā)電站立地的地質(zhì)調(diào)查不充分，未能設(shè)定準(zhǔn)確的地震基準(zhǔn)等。另外，也沒有弄清楚地震的傳導(dǎo)

11、放大機制。 確保核電站安全的重要設(shè)備除了應(yīng)急柴油發(fā)電機外，全部收納在反應(yīng)堆廠房里設(shè)置的反應(yīng)堆安全殼內(nèi)。不過，確保安全的設(shè)備并不只是這些。在海岸附近的野外也設(shè)置有安全設(shè)備。但這些都是以不發(fā)生高于設(shè)想高度的海嘯為前提的，野外設(shè)施的設(shè)置除了抗震設(shè)計外并沒有實施特別的安全措施。此次的福島第一核電站事故凸顯了在安全方面的這一盲點。這是安全審查的失誤，也是結(jié)構(gòu)性缺陷。（未完待續(xù)，特約撰稿人：櫻井淳，物理學(xué)者兼技術(shù)評論家） 【專家詳解】福島核電站事故真相（二）：應(yīng)急柴油發(fā)電機功能喪失的原因應(yīng)急柴油發(fā)電機功能喪失的原因 地震后，當(dāng)看到福島第一核電站曾一度啟動的應(yīng)急柴油發(fā)電機停機的新聞后，筆者便直覺到，如果柴油

12、發(fā)電機不能恢復(fù)供電，那么1、2、3號機組的堆芯最快將在2個半小時到3小時，即便采取一些應(yīng)對措施，也將在數(shù)個至數(shù)十個小時內(nèi)發(fā)生堆芯熔毀。不僅如此，1號機組到6號機組的乏燃料池（設(shè)置在反應(yīng)堆建筑的最上層，尺寸為長寬各約10m×深約10m）內(nèi)儲存的乏燃料也將熔毀（圖4）8。 8：事故發(fā)生后，日本政府只公開了堆芯的信息，事態(tài)與之同步發(fā)展的乏燃料池信息沒有公開。這并不是東京電力沒有注意到，也不是原子能安全保安院沒有掌握信息，更不是官房長官枝野幸男的紕漏。他們都從最初就知道這些問題，但因擔(dān)心引起社會恐慌，所以故意隱瞞了信息。另外，乏燃料棒的數(shù)量為1號機組292個，3號機組514個，4號機組133

13、1個。 圖4：福島第一核電站4號機組東京電力2011年4月13日宣布，估計4號機組乏燃料池內(nèi)儲存的部分乏燃料已經(jīng)受損。照片是東京電力3月16日從直升機上拍攝的。筆者為何會有這種直覺？這是因為，類似的情況在美國發(fā)表的兩篇核災(zāi)難研究報告以及筆者所寫的兩本書中都曾提到過。美國的兩篇研究報告中闡述了類似于福島第一核電站重大連鎖事故的進展過程和向環(huán)境中泄漏放射性物質(zhì)的經(jīng)過，以及土地污染、居民被輻射、財產(chǎn)損失金額等，此次福島核電站的事故進展過程也與其一致。 發(fā)生這種情況的背景是美國的外部電源失效發(fā)生頻率較高。例如，堆型為壓水反應(yīng)堆的西果牙(Sequoyah)核電站1號機組每年平均發(fā)生9.05×1

14、0-2次，澤昂（Zion）核電站1號機組每年平均發(fā)生7.80×10-2次外部電源失效的現(xiàn)象。所以美國才產(chǎn)生了對安全措施的擔(dān)憂。 因此，作為安全措施，美國的文獻中闡述了為維持供電，需要構(gòu)筑多重電源系統(tǒng)的重要性。不過，關(guān)于這種在外部電源斷電時供電的預(yù)備（應(yīng)急）柴油發(fā)電機，“據(jù)統(tǒng)計，約3的柴油發(fā)電機在需要時不能順利啟動。而且，如果應(yīng)急負(fù)荷滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，發(fā)電機發(fā)生停機的概率約為1”，文獻中指出，“這作為（預(yù)備柴油發(fā)電機）安全系統(tǒng)的缺點之一廣為人知”。該文獻還警告稱，“如果大面積的外部電源失靈和柴油發(fā)電機故障同時發(fā)生，就會引起堆芯熔毀、安全殼的注水系統(tǒng)和沸水反應(yīng)堆的余熱排出系統(tǒng)等功能喪失，由此可

15、能會泄漏大量放射性物質(zhì)”。 非常遺憾，福島第一核電站正好發(fā)生了該文獻中曾經(jīng)預(yù)警的事故。 日本的柴油發(fā)電機可靠性曾最高另一方面，在日本對應(yīng)急柴油發(fā)電機擁有絕對的信任，并且有意識地回避了安全性驗證。對此，筆者曾敲過警鐘。 讓我們來重新看一下輕水反應(yīng)堆的安全措施。輕水反應(yīng)堆設(shè)置了3重保護措施。第一重是用來控制運轉(zhuǎn)中的反應(yīng)堆發(fā)生核裂變的控制棒。第二重是在反應(yīng)堆的冷卻水泄漏時用來補給的應(yīng)急堆芯冷卻裝置。第三重是在外部電源失靈時使用的內(nèi)部電源之一應(yīng)急柴油發(fā)電機（圖5）。 圖5：反應(yīng)堆的余熱排出系統(tǒng)外部電源失靈時啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機。圖由本站根據(jù)東京電力的資料制作。這些裝置在進行每年一次的定期檢測時會仔細(xì)檢查

16、，并確認(rèn)功能一切正常。不僅如此，在反應(yīng)堆的運轉(zhuǎn)過程中，每月還會進行運轉(zhuǎn)確認(rèn)（監(jiān)測試驗）。 控制棒的檢查是將所有控制棒一根一根上下移動數(shù)厘米，以確認(rèn)沒有與燃料棒周圍的管箱（Channel Box）接觸或發(fā)生粘連。應(yīng)急堆芯冷卻裝置方面，啟動注水泵向輔助管道釋放冷卻水，確認(rèn)是否能夠得到符合規(guī)定的壓力和流量。應(yīng)急柴油發(fā)電機方面，根據(jù)模擬停電信號實際啟動發(fā)電機，確認(rèn)能否以規(guī)定的電壓和電流向模擬負(fù)荷供電。 上述測試過程中，只要確認(rèn)到任何一個環(huán)節(jié)不工作，就必須根據(jù)安全規(guī)定立即停止反應(yīng)堆的運轉(zhuǎn)。雖然這種情況極其少見，但日本不是沒有發(fā)生過。日本核電的敦賀核電站1號機組和福島第一核電站就發(fā)生過控制棒卡死的情況，北

17、海道電力的泊核電站1號機組發(fā)生過應(yīng)急柴油發(fā)電機啟動失敗的情況。 即便如此，日本的應(yīng)急柴油發(fā)電機可靠性仍是全球最高的。壓水反應(yīng)堆和沸水反應(yīng)堆一般都是并聯(lián)設(shè)置兩臺應(yīng)急柴油發(fā)電機9。當(dāng)然了，這是為了形成多重安全系統(tǒng)，實際所需的電力利用一臺應(yīng)急柴油發(fā)電機即可供應(yīng)。 9：最新的沸水反應(yīng)堆柏崎刈羽核電站的各反應(yīng)堆并聯(lián)設(shè)置了3臺應(yīng)急柴油發(fā)電機。 在日本，兩臺應(yīng)急柴油發(fā)電機均啟動失敗的概率為10-6。而美國高達(dá)10-4，俄羅斯高達(dá)10-2。尤其是在應(yīng)急柴油發(fā)電機的可靠性較低的俄羅斯，更是頻繁地實施啟動確認(rèn)試驗。例如，在筆者曾于1993年7月作為NHK采訪組成員之一逗留兩周時間的庫爾斯克（Kursk）核電站（擁

18、有4座切爾諾貝利核電站的反應(yīng)堆那樣的RBMK型反應(yīng)堆），4座反應(yīng)堆每周全部會實施一次啟動確認(rèn)試驗。 總而言之，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機功能失靈，肯定會造成堆芯熔毀。應(yīng)急柴油發(fā)電機的作用就是如此的重要。 為何女川核電站受海嘯影響較輕此次，遭遇東日本大地震的4座核電站的命運各不相同的主要原因不在于地震加速度，而在于海嘯的高度。一般來說，海嘯的大小主要受距離震源的遠(yuǎn)近和地形的影響。 圖6為顯示震源與發(fā)電站位置關(guān)系的日本東北地區(qū)地圖。4座核電站中，女川核電站雖然距離震源最近但受災(zāi)卻較輕，這是因為女川核電站建在牡鹿半島底部海拔高度約為15m的入海口處，這一地形緩解了高約17m的大海嘯的直接沖擊。而面朝太平洋建

19、在海拔約5.5m高度處的其他3座核電站，則受到了大海嘯的正面沖擊。 圖6：東北地區(qū)的核電站與震源的物理位置在日本的三陸沖、即牡鹿半島東南東約130km附近，地下24km處發(fā)生了里氏9.0級地震。震源離女川核電站最近，不過得益于女川核電站的地理位置，該核電站受災(zāi)較輕。在這一事實的基礎(chǔ)上，讓我們來分析福島第一核電站的應(yīng)急柴油發(fā)電機為何會停機。 首先，請看圖7。福島第一核電站設(shè)想海嘯高度為4m，所以設(shè)置了高5.7m的防波堤。但實際高度為設(shè)想高度約3倍的14m大海嘯輕而易舉地沖破防波堤直接沖擊到核電站設(shè)施整體。 圖7：福島第一核電站的地理位置防波堤高5.7m。東日本大地震引發(fā)的海嘯遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這一高度。

20、本圖根據(jù)東京電力的資料制作。福島第一核電站的各反應(yīng)堆均采用海水來冷卻冷凝器，因此在立方形的反應(yīng)堆建筑的臨海一側(cè)，建設(shè)有長方形的渦輪機房。除了冷凝器外，海水還被用于反應(yīng)堆的冷卻以及熱交換器二次系統(tǒng)和應(yīng)急柴油發(fā)電機的排熱，這些設(shè)施被設(shè)置在較渦輪機房更靠近海邊的地上和地下的位置。當(dāng)然，離海邊越近受海嘯的影響越嚴(yán)重，所以上述設(shè)施全部受損或浸水。 日本的核電站的設(shè)施配置在抗擊海嘯直接沖擊方面全都比較薄弱。日本的安全審查未能指出并改善這一點，不得不說這是安全審查方面存在的一個缺陷。 核電站的設(shè)置場所正確嗎？雖然福島第一核電站已經(jīng)老化，但這并不是應(yīng)急柴油發(fā)電機功能喪失的主要原因。這是因為從建設(shè)之初到現(xiàn)在一直

21、原封不動地使用的設(shè)備和建筑物只有反應(yīng)堆壓力容器、反應(yīng)堆安全殼和混凝土建筑。其他的設(shè)備全部更換過。 應(yīng)急柴油發(fā)電機與汽車發(fā)動機一樣為內(nèi)燃機構(gòu)，不及時排出產(chǎn)生的熱量就會導(dǎo)致過熱現(xiàn)象。可以推測，停電后，曾一度啟動的應(yīng)急柴油發(fā)電機中途停機的原因不是因為發(fā)動機損壞或浸水，而是因為用來排熱的海水冷卻系統(tǒng)失靈。雖然到目前為止詳情尚未公布，不過可以推測導(dǎo)致停機的主要原因包括：地震和海嘯導(dǎo)致海水進水口受損、或異物混入導(dǎo)致管道堵塞、抑或電動機、泵和管道等受損及故障等。 以前，日本原子力工學(xué)試驗中心多度津工學(xué)試驗所（香川縣多度津町）曾實施過實際規(guī)模大小的應(yīng)急柴油發(fā)電機三維振動實驗，實驗結(jié)果并沒有產(chǎn)生損傷等。但實際上

22、該實驗只是針對應(yīng)急柴油發(fā)電機本身的抗震實驗，并不是包括冷卻系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)整體抗震實驗。因此，無法成為此次福島第一核電站系統(tǒng)受損案例的參考。 像福島第一核電站這樣的初期沸水反應(yīng)堆，其應(yīng)急柴油發(fā)電機并沒有設(shè)置在抗震設(shè)計等級為A級的反應(yīng)堆建筑地下一層，而是設(shè)置在了等級為B級的渦輪機房地下一層。表2為福島第一核電站、福島第二核電站和柏崎刈羽核電站的應(yīng)急柴油發(fā)電機的設(shè)置場所。 應(yīng)急柴油發(fā)電機設(shè)置在渦輪機房地下一層是否就是導(dǎo)致柴油發(fā)電機功能失效的主要原因，目前尚不能明確下結(jié)論。不過，這里存在的一個疑問是，將應(yīng)急柴油發(fā)電機等抗震設(shè)計等級為A級的抗震設(shè)備設(shè)置在B級的廠房內(nèi)是否合適？關(guān)于這點曾發(fā)生過令筆者略感遺

23、憾的事情。 在前面提到的2007年7月中越?jīng)_地震發(fā)生1個月后，筆者訪問了柏崎刈羽核電站。該核電站將應(yīng)急柴油發(fā)電機和裝有可燃燒10小時燃料的輕油罐設(shè)置在反應(yīng)堆建筑地下一層（福島第一核電站為設(shè)置在渦輪機房一層）。而儲藏有可燃燒一周時間的燃料的輕油罐則設(shè)置在堅固的野外設(shè)施中，通過地下管道和泵向反應(yīng)堆建筑輸送輕油。應(yīng)急柴油發(fā)電機的排熱是從海水進水口抽取海水，然后通過地下管道輸送到反應(yīng)堆建筑內(nèi)。 看到這種設(shè)備配置方式的筆者曾向東京電力提出過以下的質(zhì)疑：無論對野外的地下管道和設(shè)施實施了怎樣的A級抗震設(shè)計，還是容易受到地震和海嘯的影響，這樣的設(shè)置真的安全嗎？。如前所述，福島第一核電站1、2、3號機組的應(yīng)急柴

24、油發(fā)電機功能失效的原因不在于發(fā)電機本身，而在于室外的海水冷卻系統(tǒng)失靈。所以筆者很后悔當(dāng)時沒有執(zhí)著地抓住這個問題。（未完待續(xù)，特約撰稿人：櫻井淳，物理學(xué)者兼技術(shù)評論家） 重大連鎖事故的發(fā)生機理 在此次的東日本大地震中，福島第一核電站的反應(yīng)堆接二連三地出事，令人吃驚的是，輕水反應(yīng)堆的安全審查竟然沒有設(shè)想堆芯熔毀的情況。關(guān)于此事，在伊方核電站行政訴訟10中，當(dāng)時的原子能安全委員會委員長內(nèi)田秀雄曾明確作證：“即使發(fā)生冷卻劑喪失等嚴(yán)重事故，應(yīng)急堆芯冷卻裝置也能夠順利運轉(zhuǎn)，從而安全冷卻堆芯”。另外，關(guān)于輻射評估中的向環(huán)境泄漏大量放射性物質(zhì)，內(nèi)田表示“盡管不會發(fā)生堆芯熔毀，但為了評估公眾被輻射的社會風(fēng)險性，

25、還是進行了假設(shè)”。 10：伊方核電站行政訴訟：1973年8月，伊方核電站周邊居民向法院提起訴訟，稱國家的安全審查不充分，要求取消該核電站1號機組反應(yīng)堆的設(shè)置許可。在一審和最高法院的審判中，原告均敗訴。 原原子能安全委員會委員長佐藤一男在著作中曾提到三里島核電站事故屬于意外。從這種安全邏輯來看，福島第一核電站的堆芯受損事故自然也能稱為意外情況。但實際上，堆芯熔毀從工學(xué)原理上來說是可能發(fā)生的。他們之所以不能以此為前提，是因為只要不是“絕對安全”，地方政府就不會批建核電站。因此，迄今為止一直避談工學(xué)原理，而是按照政治的邏輯描繪了輕水反應(yīng)堆的安全性能。 在此筆者在此強調(diào)，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機功能喪失，最

26、快將在3小時、即便操作員采取一些應(yīng)對措施，也將在數(shù)小時至數(shù)十小時內(nèi)發(fā)生堆芯熔毀。福島第一核電站1、2、3號機組在應(yīng)急柴油發(fā)電機失靈后，堆芯已經(jīng)受損。不僅如此，設(shè)置在反應(yīng)堆建筑最上層的乏燃料池內(nèi)的乏燃料受損程度也在同步發(fā)展。另外，4、5、6號機組的應(yīng)急柴油發(fā)電機也出現(xiàn)功能喪失現(xiàn)象。盡管剛好因定期檢查躲過了堆芯受損之災(zāi)，但需要冷卻的乏燃料池內(nèi)的乏燃料卻面臨著受損的危機。 如果外部電源失靈時，內(nèi)部電源的應(yīng)急柴油發(fā)電機如果能順利啟動并充分發(fā)揮功能，之后即使操作員不采取任何措施，通過自動控制也能安全冷卻堆芯。但是，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機功能喪失，那么操作員的噩夢就開始了。 反應(yīng)堆安全殼底部的抑壓池中儲存有用

27、不完的大量冷卻水，但如果應(yīng)急柴油發(fā)電機失靈，發(fā)生事故時就無法向冷卻堆芯的泵供電。因此，盡管池中有大量冷卻水，卻發(fā)揮不了任何作用。 受過訓(xùn)練的操作員 那么，應(yīng)急柴油發(fā)電機功能喪失時，操作員采取了什么應(yīng)對措施呢？ 東京電力表示，該公司非常重視三里島核電站事故的教訓(xùn)，擁有針對意外情況的事故管理（Accident Management）。即作為堆芯冷卻的最終手段，采用直接利用海水冷卻的方法。操作員事先進行過嚴(yán)格的訓(xùn)練。 讓海水冷卻系統(tǒng)的水泵工作的電動機利用設(shè)置在現(xiàn)場的小型發(fā)電機供電。不過，由于反應(yīng)堆隨著衰變熱升溫，冷卻水變成水蒸氣，反應(yīng)堆內(nèi)的壓力升高。這樣一來，就無法利用海水冷卻系統(tǒng)的水泵向堆芯注水。

28、發(fā)現(xiàn)這一點后，操作員首先選擇了從反應(yīng)堆的管道系統(tǒng)向反應(yīng)堆安全殼內(nèi)釋放蒸氣，由此來降壓的操作。然后操作員再嘗試向堆芯注入海水，如此反復(fù)操作。 可是由于海水的注入量不夠，堆芯溫度逐漸上升，達(dá)到約1200時，燃料包殼管的鋯合金材料與水蒸氣的反應(yīng)變得活躍，從而產(chǎn)生了大量氫氣。此時估計堆芯已經(jīng)開始不斷受損剝落。說不定當(dāng)時的溫度已經(jīng)達(dá)到鈾的熔點2800，堆芯熔毀現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生。 而且，同樣的現(xiàn)象還發(fā)生在了乏燃料池內(nèi)的乏燃料上11。 11：日本原子能委員會的某專家委員針對此次的乏燃料池事故稱，“從來沒想到會發(fā)生這種意外。因為以儲藏為目的的靜態(tài)設(shè)施發(fā)生事故的概率非常低”。 核電站難建導(dǎo)致反應(yīng)堆集中根據(jù)1、3號機

29、組反應(yīng)堆建筑的破壞情況可以推測出堆芯和乏燃料池內(nèi)的乏燃料產(chǎn)生的總氫氣量，從4號機組反應(yīng)堆建筑側(cè)面墻壁的破壞情況可以推測出乏燃料池內(nèi)的乏燃料產(chǎn)生的氫量。從僅乏燃料產(chǎn)生的氫氣就嚴(yán)重破壞了4號機組反應(yīng)堆建筑的側(cè)面墻壁的現(xiàn)象來看，可以推測出儲藏的乏燃料棒數(shù)量相當(dāng)多，所以氫氣生成量也較多（圖4）。 其實，反應(yīng)堆建筑的外側(cè)墻壁為了能夠承受住小型導(dǎo)彈的攻擊，采用了厚度約為50cm的鋼筋混凝土構(gòu)造。因此，僅憑堆芯燃料和乏燃料池內(nèi)的乏燃料部分受損所產(chǎn)生的氫氣，按說根本不會發(fā)生完全被炸飛的情況。但現(xiàn)實卻不是這樣。所以說堆芯燃料和乏燃料池內(nèi)的乏燃料完全受損來得更為準(zhǔn)確。各反應(yīng)堆受損情況的匯總見表3。 最后，作為此次

30、連續(xù)事故的主要原因，讓我們明確日本核電站的特點。 以福島第一核電站和柏崎刈羽核電站為代表，日本的核電站都是在一處設(shè)置多座反應(yīng)堆。這種情況在全世界都很少見，這也顯示了在日本建設(shè)核電站的難度。 由于在一個地方集中了多座反應(yīng)堆，發(fā)生大地震時發(fā)展為嚴(yán)重事故的危險性也會升高。實際上，遭遇此次東日本大地震的福島第一核電站以連鎖事故的形式暴露了日本核電站隱藏的危險性。（未完待續(xù)，特約撰稿人：櫻井淳，物理學(xué)者兼技術(shù)評論家） 放射性物質(zhì)的泄漏 直到2011年4月中旬，福島第一核電站的情況依然處于不容樂觀的狀態(tài)。反應(yīng)堆控制室的記錄以及設(shè)備和建筑的狀態(tài)（扭曲、變形、損傷、破損等）、反應(yīng)堆安全殼內(nèi)觀測到的加速度響應(yīng)譜

31、、土地污染及居民受輻射情況等均不清楚，所以現(xiàn)階段還無法對福島核電站事故進行學(xué)術(shù)性和定量性評價。根據(jù)美國三里島核電站事故的經(jīng)驗，要想完全弄清熔毀的堆芯情況等詳情，最快也要一年的時間。 隨著放射性物質(zhì)的泄漏，日本政府對福島第一核電站的附近地區(qū)發(fā)出了避難指示。全球以往的主要核設(shè)施發(fā)生事故時的放射性物質(zhì)泄漏量如下，1957年英國溫德斯格爾（Windscale）核電站的反應(yīng)堆泄漏的I-131（碘131）為2萬5000Ci、Cs-137（銫137）為600Ci；1979年三里島核電站2號機組泄漏的放射性氣體為250萬Ci、I-131為15Ci；1986年切爾諾貝利核電站4號機組泄漏的Xe-133（氙133

32、）為1億8000萬Ci、I-131為4800萬Ci、Cs-137為230萬Ci、Sr-90（鍶90）為27萬Ci、Pu-239（钚239）為400Ci。 按照具有代表性的I-131放射量來看，福島第一核電站的泄漏量為260萬Ci，是切爾諾貝利核電站事故的1/18以下12。不過，這一數(shù)值則是三里島核電站事故的17萬倍13。 12：據(jù)朝日新聞報道，“泄漏量為11萬萬億貝克勒爾（推測）”。這里按照3.7×1010Bp=1Ci的關(guān)系換算。 13：相對于三里島核電站僅15Ci的I-131泄漏量，福島第一核電站的260萬Ci就非常多了。 I的沸點約為184，不容易與熔融物結(jié)合，半衰期只有8天。而

33、Cs的沸點約為690，在熔毀的堆芯中無法辨認(rèn)。其半衰期長達(dá)30年，對食物污染和土地污染的影響是長期的。尤其是射線的能量高達(dá)661keV，特別需要引起注意。 I-131含量較高的原因是 日本在自來水、原乳和蔬菜中都檢測出了I-131和Cs-137。最初，比如說在福島縣鄰縣的自來水中，1L水中所含的放射能約為3Bq。自然界和食物受自然界中存在的放射性物質(zhì)和核實驗泄漏的放射性物質(zhì)的污染，1kg的蔬菜和肉中至少含有0.31Bq左右的放射性物質(zhì)。因此，1L自來水中含有3Bq放射能是通常流通的食物中含有的放射能的約3倍。不過，日本規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)為300Bq。自來水中檢測到的放射能還只是安全標(biāo)準(zhǔn)的1/100

34、左右。雖然是越少越好，但這個放射水平還是可以容忍的。 但是隨著時間的推移，土地污染和食物污染的嚴(yán)重程度超出了預(yù)想。例如，在福島縣飯館村，1kg土壤中檢測出的Cs-137為16萬3000Bq，I-131為117萬Bq（約為25Ci/kg）。這些數(shù)值表明村民必須撤離此地。不僅是飯館村，在福島縣和茨城縣等大范圍地區(qū)，原乳及蔬菜等食物的污染仍在繼續(xù)。 在這些地區(qū)，I-131含量相對于Cs-137要高很多。由此可以推測，放射源不是乏燃料池，而是堆芯。這是因為，乏燃料池中的乏燃料已經(jīng)從堆芯中取出半年至數(shù)年時間，半衰期為8天的I-131幾乎全部完成了衰變，應(yīng)該是檢測不出來的。再根據(jù)Cs-137的泄漏量較高這

35、一情況可以推測，在從反應(yīng)堆向反應(yīng)堆安全殼中減壓排氣的過程中，大量的I-131進入到了反應(yīng)堆安全殼中。 賠償問題與廢爐問題 今后，隨著事態(tài)的逐漸平穩(wěn)，賠償和廢爐問題將凸顯出來。 首先，關(guān)于賠償問題，日本的原子能損害賠償法規(guī)定，“電力公司等必須與保險公司以及日本政府簽訂合約。保險公司支付的最高限額為1200億日元”14。另外，當(dāng)發(fā)生像此次這樣的核電站事故時，日本政府需向東京電力支付150億日元。 14：日本的原子能損害賠償法中規(guī)定的保險公司需支付的最高限額比美國少一位數(shù)。 不過，東京電力需向受災(zāi)者支付的補償額將以萬億日元為單位。這中間的差額與其說由東京電力負(fù)擔(dān)，不如說將由日本政府向東電等公共作用較

36、大的公司投放的公共資金來負(fù)擔(dān)?！半娏镜缺仨毰c政府簽訂合約”的規(guī)定便意味著東電可以接受政府投放的公共資金。 日本政府的公共資金也就是稅金。因此，在現(xiàn)有制度下，發(fā)生核電站事故時電力公司必須向受災(zāi)者支付的保障金大部分都將由日本國民分擔(dān)的。為了推進作為日本國策的核電事業(yè)，就只能制訂這樣的對電力公司等有利的政策，從而形成了這種賠償制度。 完全拆除核電站需要1萬億日元關(guān)于廢爐問題，日本政府、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省和東京電力的意向?qū)Ωu第一核電站具有決定性意義。為了在國土狹窄的日本有效利用土地，將會采用還原為空地的“完全拆除方式”。1、2、3號機組將在今后數(shù)年內(nèi)進行堆芯調(diào)查和熔毀物撤除作業(yè)，然后在用數(shù)年（反應(yīng)堆停止

37、后約10年）時間使被輻射的反應(yīng)堆壓力容器和被污染的管道及設(shè)備等的放射能衰減，之后才能開始進行拆除作業(yè)。因此，還原為空地實際需要長達(dá)25年的時間。 不過，未受污染的物品可以采用與普通產(chǎn)業(yè)廢棄物相同的處理方法。污染程度在安全級別（Clearance Level）以內(nèi)的物品也可以廢棄。污染程度超出安全級別的物品則需要在野外建設(shè)專用設(shè)施，為其覆蓋能夠預(yù)防風(fēng)雨的覆蓋物進行管理。對于被污染的管道和設(shè)備要進行去污處理。而放射性較強的反應(yīng)堆壓力容器，需將其切割為可以搬運的尺寸，收容在屏蔽容器內(nèi)，在專用保管設(shè)施中保存300年左右。 據(jù)推測，完全拆除反應(yīng)堆所需費用為建設(shè)費用的34成。建設(shè)福島第一核電站的一個反應(yīng)堆

38、系統(tǒng)，以目前的成本約需3000億日元，因此，即便按照2成計算，完全拆除一個反應(yīng)堆系統(tǒng)也需要600億日元左右。福島第一核電站共有6座反應(yīng)堆，所以約需3600億日元。 實際上，全世界還沒有出現(xiàn)過完全拆除商業(yè)規(guī)模的大型輕水反應(yīng)堆的先例。因此，并無法確定用建設(shè)費的2成成本就能徹底完成拆除。福島第一核電站的拆除成本也有可能達(dá)到3600億日元的近2倍。大致的費用也許會花費1萬億日元左右。（未完待續(xù)，特約撰稿人：櫻井淳，物理學(xué)者兼技術(shù)評論家） 慘痛教訓(xùn) 作為東日本大地震的教訓(xùn)，按照東海地震和南海地震同時發(fā)生的最壞設(shè)想時，僅設(shè)置高14m的海嘯防護壁是不夠的。還應(yīng)該按照發(fā)生里氏9.09.4級左右的巨大地震的設(shè)想，更改抗震級別。中部電力的浜岡核電站假設(shè)會遭遇里氏8.6級的東海地震，抗震級別設(shè)定為1000GAL。不過，這種抗震級別還太低。浜岡核電站等日本核電站應(yīng)該以發(fā)生與東日本大地震相當(dāng)程度的地震和海嘯為前提，提高安全級別。 如果發(fā)生東海地震，從居住的人口密度來看，遇難者人數(shù)可能會達(dá)到東日本大地震的數(shù)倍。截至2011年4月中旬，東日本大地震的遇難人數(shù)約為1萬3000人，失蹤人數(shù)約為1萬4000人。如果在對海嘯完全無防備的地區(qū)發(fā)生東海地震，就有可能出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過東日本大地震的慘劇。所以日本