福島核電站事故真相

1、【專(zhuān)家詳解】福島核電站事故真相（一）：輕水反應(yīng)堆的危險(xiǎn)性及安全盲點(diǎn)在2011年3月11日下午2時(shí)46分發(fā)生的里氏9.0級(jí)東日本大地震中，日本東北電力的女川核電站（地震時(shí)1、2、3號(hào)機(jī)組處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)）、東京電力的福島第一核電站（地震時(shí)1、2、3號(hào)機(jī)組處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，4、5、6號(hào)機(jī)組處于定期檢查狀態(tài)）和第二核電站（地震時(shí)1、2、3、4號(hào)機(jī)組處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)）、日本核電的東海發(fā)電站（2號(hào)機(jī)組處于運(yùn)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(guó)際核事件分級(jí)表（INES）判定的事故等級(jí)暫為“7級(jí)”（圖1）。該等級(jí)超過(guò)了美國(guó)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(huì)損傷堆芯，但如果兩根同時(shí)抽出就會(huì)對(duì)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(shí)被抽出的概率為1/100萬(wàn)以下。一般認(rèn)為兩根同時(shí)被抽出的情況在現(xiàn)實(shí)中不會(huì)發(fā)生。雖然沒(méi)有理論根據(jù)，但不以此為前提，輕水反應(yīng)堆技術(shù)就無(wú)法成立。 圖1：國(guó)際核事件分級(jí)表（INES）核事故及故障的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）和經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織核能機(jī)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(jí)”。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(xiǎn)、此次重大事故的源頭應(yīng)

3、急柴油發(fā)電機(jī)失靈的原因，以及引發(fā)重大連鎖事故的機(jī)制為主進(jìn)行解說(shuō)。本文涉及的內(nèi)容并不只是對(duì)迄今為止公布的事實(shí)關(guān)系進(jìn)行單純的整理，而是筆者從獨(dú)自的視點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)的同時(shí)，向日本的安全審查制度及其實(shí)施內(nèi)容提出的嚴(yán)重質(zhì)疑。 輕水反應(yīng)堆的危險(xiǎn)性及安全盲點(diǎn)輕水反應(yīng)堆（Light Water Reactor：LWR）是美國(guó)反應(yīng)堆廠商開(kāi)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(guó)能源部（United States Department of Energy）旗

4、下的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）與美國(guó)西屋（Westinghouse）公司、后者是美國(guó)能源部旗下的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）和美國(guó)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(shí)產(chǎn)生的熱加熱冷卻劑（真水），使用生成的蒸氣直接驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)（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(jìn)行熱交換。2次冷卻劑變成蒸氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。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(dòng)力反應(yīng)堆在運(yùn)轉(zhuǎn)，其中8成是輕水反應(yīng)堆。進(jìn)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(dòng)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(huì)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(shí)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(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，停運(yùn)時(shí)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(huì)導(dǎo)致燃料受損，嚴(yán)重失衡則會(huì)導(dǎo)致堆芯熔毀（Core Melt）。輕水反應(yīng)堆技術(shù)被戲稱(chēng)為“走鋼絲技術(shù)”也緣于此。 對(duì)于輕水反應(yīng)堆來(lái)說(shuō)萬(wàn)一發(fā)生事故，要絕對(duì)優(yōu)先實(shí)施堆芯冷卻。為此，作為驅(qū)動(dòng)冷卻泵的電動(dòng)機(jī)的電源，備有可在停電時(shí)供電的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)（Emergency Diesel Generator），由該發(fā)電機(jī)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(guò)，上述二者之中的任何一個(gè)失靈的話，就會(huì)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(wú)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(shí)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(kāi)始投入運(yùn)轉(zhuǎn)的，是日本的

8、代表性核電站之一（表1）。最古老的1號(hào)機(jī)組是在美國(guó)尚且只有3座輕水反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)下的訂單，可以說(shuō)從誕生起，就肩負(fù)著反應(yīng)堆的試驗(yàn)使命6。 6：其他3座分別是美國(guó)西平波特(Shippingport)、楊其羅(Yankee Rowe)、德累斯頓（Dresden) 1號(hào)機(jī)組。 輕水反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)壽命為40年。達(dá)到設(shè)計(jì)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(hào)機(jī)組7。 7：5座具體為美國(guó)Oyster Creek和九英里峰(Nine Mile Point) 1號(hào)機(jī)組、敦賀1號(hào)機(jī)組、美浜1號(hào)機(jī)組、福島第一核電站1號(hào)機(jī)組。 福島第一核電站的一個(gè)特點(diǎn)是，從1號(hào)機(jī)組至5號(hào)機(jī)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(lái)儲(chǔ)藏冷卻水的巨大環(huán)形抑壓池（圖3）。只有6號(hào)機(jī)組安裝了后來(lái)成為標(biāo)準(zhǔn)的“Mark 型”圓錐狀反應(yīng)堆安全殼。無(wú)論如何，這些初期的輕水反應(yīng)堆安全審查時(shí)間只有短短的半年到一年。在當(dāng)時(shí)日本作為國(guó)策推進(jìn)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(hào)機(jī)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(lèi)的智慧無(wú)法戰(zhàn)勝的天災(zāi)”，也許此類(lèi)觀點(diǎn)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?yàn)檫@些核電站的抗震指針只擁有比以往發(fā)生的地震震級(jí)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(wèn)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(jí)中越?jīng)_地震時(shí)，觀測(cè)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(wèn)題。當(dāng)時(shí)，該核電站“雖然沒(méi)有明顯的嚴(yán)重?fù)p害”（國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA），但3號(hào)機(jī)組旁邊的變壓器發(fā)生了火災(zāi)，6號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆建筑的橋式起重機(jī)受損。將其歸咎于天災(zāi)未免過(guò)于幼稚，還是解釋為人禍更為恰當(dāng)。原因是對(duì)海底的活動(dòng)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(méi)有弄清楚地震的傳導(dǎo)

11、放大機(jī)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(jī)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(guò)，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(jì)外并沒(méi)有實(shí)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(diǎn)。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(píng)論家） 【專(zhuān)家詳解】福島核電站事故真相（二）：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功能喪失的原因應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(dòng)的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)的新聞后，筆者便直覺(jué)到，如果柴油

12、發(fā)電機(jī)不能恢復(fù)供電，那么1、2、3號(hào)機(jī)組的堆芯最快將在2個(gè)半小時(shí)到3小時(shí)，即便采取一些應(yīng)對(duì)措施，也將在數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生堆芯熔毀。不僅如此，1號(hào)機(jī)組到6號(hào)機(jī)組的乏燃料池（設(shè)置在反應(yīng)堆建筑的最上層，尺寸為長(zhǎng)寬各約10m×深約10m）內(nèi)儲(chǔ)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(kāi)了堆芯的信息，事態(tài)與之同步發(fā)展的乏燃料池信息沒(méi)有公開(kāi)。這并不是東京電力沒(méi)有注意到，也不是原子能安全保安院沒(méi)有掌握信息，更不是官房長(zhǎng)官枝野幸男的紕漏。他們都從最初就知道這些問(wèn)題，但因擔(dān)心引起社會(huì)恐慌，所以故意隱瞞了信息。另外，乏燃料棒的數(shù)量為1號(hào)機(jī)組292個(gè)，3號(hào)機(jī)組514個(gè)，4號(hào)機(jī)組133

13、1個(gè)。 圖4：福島第一核電站4號(hào)機(jī)組東京電力2011年4月13日宣布，估計(jì)4號(hào)機(jī)組乏燃料池內(nèi)儲(chǔ)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(jī)上拍攝的。筆者為何會(huì)有這種直覺(jué)？這是因?yàn)?，?lèi)似的情況在美國(guó)發(fā)表的兩篇核災(zāi)難研究報(bào)告以及筆者所寫(xiě)的兩本書(shū)中都曾提到過(guò)。美國(guó)的兩篇研究報(bào)告中闡述了類(lèi)似于福島第一核電站重大連鎖事故的進(jìn)展過(guò)程和向環(huán)境中泄漏放射性物質(zhì)的經(jīng)過(guò)，以及土地污染、居民被輻射、財(cái)產(chǎn)損失金額等，此次福島核電站的事故進(jìn)展過(guò)程也與其一致。 發(fā)生這種情況的背景是美國(guó)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(hào)機(jī)組每年平均發(fā)生9.05×1

14、0-2次，澤昂（Zion）核電站1號(hào)機(jī)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(guó)才產(chǎn)生了對(duì)安全措施的擔(dān)憂。 因此，作為安全措施，美國(guó)的文獻(xiàn)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(guò)，關(guān)于這種在外部電源斷電時(shí)供電的預(yù)備（應(yīng)急）柴油發(fā)電機(jī)，“據(jù)統(tǒng)計(jì)，約3的柴油發(fā)電機(jī)在需要時(shí)不能順利啟動(dòng)。而且，如果應(yīng)急負(fù)荷滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)發(fā)生停機(jī)的概率約為1”，文獻(xiàn)中指出，“這作為（預(yù)備柴油發(fā)電機(jī)）安全系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一廣為人知”。該文獻(xiàn)還警告稱(chēng)，“如果大面積的外部電源失靈和柴油發(fā)電機(jī)故障同時(shí)發(fā)生，就會(huì)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(huì)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(xiàn)中曾經(jīng)預(yù)警的事故。 日本的柴油發(fā)電機(jī)可靠性曾最高另一方面，在日本對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)擁有絕對(duì)的信任，并且有意識(shí)地回避了安全性驗(yàn)證。對(duì)此，筆者曾敲過(guò)警鐘。 讓我們來(lái)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(hù)措施。第一重是用來(lái)控制運(yùn)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(shí)用來(lái)補(bǔ)給的應(yīng)急堆芯冷卻裝置。第三重是在外部電源失靈時(shí)使用的內(nèi)部電源之一應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)（圖5）。 圖5：反應(yīng)堆的余熱排出系統(tǒng)外部電源失靈時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。圖由本站根據(jù)東京電力的資料制作。這些裝置在進(jìn)行每年一次的定期檢測(cè)時(shí)會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，每月還會(huì)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)確認(rèn)（監(jiān)測(cè)試驗(yàn)）。 控制棒的檢查是將所有控制棒一根一根上下移動(dòng)數(shù)厘米，以確認(rèn)沒(méi)有與燃料棒周?chē)墓芟洌–hannel Box）接觸或發(fā)生粘連。應(yīng)急堆芯冷卻裝置方面，啟動(dòng)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(jī)方面，根據(jù)模擬停電信號(hào)實(shí)際啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，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(cè)試過(guò)程中，只要確認(rèn)到任何一個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)。雖然這種情況極其少見(jiàn)，但日本不是沒(méi)有發(fā)生過(guò)。日本核電的敦賀核電站1號(hào)機(jī)組和福島第一核電站就發(fā)生過(guò)控制棒卡死的情況，北

17、海道電力的泊核電站1號(hào)機(jī)組發(fā)生過(guò)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)失敗的情況。 即便如此，日本的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)9。當(dāng)然了，這是為了形成多重安全系統(tǒng)，實(shí)際所需的電力利用一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。 在日本，兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)均啟動(dòng)失敗的概率為10-6。而美國(guó)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(jī)的可靠性較低的俄羅斯，更是頻繁地實(shí)施啟動(dòng)確認(rèn)試驗(yàn)。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(shí)間的庫(kù)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(huì)實(shí)施一次啟動(dòng)確認(rèn)試驗(yàn)。 總而言之，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功能失靈，肯定會(huì)造成堆芯熔毀。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(yùn)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(lái)說(shuō)，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?yàn)榕ê穗娬窘ㄔ谀德拱雿u底部海拔高度約為15m的入?？谔帲@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(jí)地震。震源離女川核電站最近，不過(guò)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(shí)的基礎(chǔ)上，讓我們來(lái)分析福島第一核電站的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)為何會(huì)停機(jī)。 首先，請(qǐng)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(shí)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(guò)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(lái)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(zhǎng)方形的渦輪機(jī)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(jī)的排熱，這些設(shè)施被設(shè)置在較渦輪機(jī)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(diǎn)，不得不說(shuō)這是安全審查方面存在的一個(gè)缺陷。 核電站的設(shè)置場(chǎng)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(jī)功能喪失的主要原因。這是因?yàn)閺慕ㄔO(shè)之初到現(xiàn)在一直

21、原封不動(dòng)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(guò)。 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣為內(nèi)燃機(jī)構(gòu)，不及時(shí)排出產(chǎn)生的熱量就會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱現(xiàn)象。可以推測(cè)，停電后，曾一度啟動(dòng)的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)中途停機(jī)的原因不是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)損壞或浸水，而是因?yàn)橛脕?lái)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(guò)可以推測(cè)導(dǎo)致停機(jī)的主要原因包括：地震和海嘯導(dǎo)致海水進(jìn)水口受損、或異物混入導(dǎo)致管道堵塞、抑或電動(dòng)機(jī)、泵和管道等受損及故障等。 以前，日本原子力工學(xué)試驗(yàn)中心多度津工學(xué)試驗(yàn)所（香川縣多度津町）曾實(shí)施過(guò)實(shí)際規(guī)模大小的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)三維振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并沒(méi)有產(chǎn)生損傷等。但實(shí)際上

22、該實(shí)驗(yàn)只是針對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)本身的抗震實(shí)驗(yàn)，并不是包括冷卻系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)整體抗震實(shí)驗(yàn)。因此，無(wú)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(jī)并沒(méi)有設(shè)置在抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為A級(jí)的反應(yīng)堆建筑地下一層，而是設(shè)置在了等級(jí)為B級(jí)的渦輪機(jī)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(jī)的設(shè)置場(chǎng)所。 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置在渦輪機(jī)房地下一層是否就是導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)功能失效的主要原因，目前尚不能明確下結(jié)論。不過(guò)，這里存在的一個(gè)疑問(wèn)是，將應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)等抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為A級(jí)的抗震設(shè)備設(shè)置在B級(jí)的廠房?jī)?nèi)是否合適？關(guān)于這點(diǎn)曾發(fā)生過(guò)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(gè)月后，筆者訪問(wèn)了柏崎刈羽核電站。該核電站將應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)和裝有可燃燒10小時(shí)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(jī)房一層）。而儲(chǔ)藏有可燃燒一周時(shí)間的燃料的輕油罐則設(shè)置在堅(jiān)固的野外設(shè)施中，通過(guò)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(jī)的排熱是從海水進(jìn)水口抽取海水，然后通過(guò)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(guò)以下的質(zhì)疑：無(wú)論對(duì)野外的地下管道和設(shè)施實(shí)施了怎樣的A級(jí)抗震設(shè)計(jì)，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(hào)機(jī)組的應(yīng)急柴

24、油發(fā)電機(jī)功能失效的原因不在于發(fā)電機(jī)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(shí)沒(méi)有執(zhí)著地抓住這個(gè)問(wèn)題。（未完待續(xù)，特約撰稿人：櫻井淳，物理學(xué)者兼技術(shù)評(píng)論家） 重大連鎖事故的發(fā)生機(jī)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(méi)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(shí)的原子能安全委員會(huì)委員長(zhǎng)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(yùn)轉(zhuǎn)，從而安全冷卻堆芯”。另外，關(guān)于輻射評(píng)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(huì)發(fā)生堆芯熔毀，但為了評(píng)估公眾被輻射的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)性，

25、還是進(jìn)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(chēng)國(guó)家的安全審查不充分，要求取消該核電站1號(hào)機(jī)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(huì)委員長(zhǎng)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(lái)看，福島第一核電站的堆芯受損事故自然也能稱(chēng)為意外情況。但實(shí)際上，堆芯熔毀從工學(xué)原理上來(lái)說(shuō)是可能發(fā)生的。他們之所以不能以此為前提，是因?yàn)橹灰皇恰敖^對(duì)安全”，地方政府就不會(huì)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(qiáng)調(diào)，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功能喪失，最

26、快將在3小時(shí)、即便操作員采取一些應(yīng)對(duì)措施，也將在數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)內(nèi)發(fā)生堆芯熔毀。福島第一核電站1、2、3號(hào)機(jī)組在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(hào)機(jī)組的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)也出現(xiàn)功能喪失現(xiàn)象。盡管剛好因定期檢查躲過(guò)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(jī)。 如果外部電源失靈時(shí)，內(nèi)部電源的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)如果能順利啟動(dòng)并充分發(fā)揮功能，之后即使操作員不采取任何措施，通過(guò)自動(dòng)控制也能安全冷卻堆芯。但是，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功能喪失，那么操作員的噩夢(mèng)就開(kāi)始了。 反應(yīng)堆安全殼底部的抑壓池中儲(chǔ)存有用

27、不完的大量冷卻水，但如果應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)失靈，發(fā)生事故時(shí)就無(wú)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(guò)訓(xùn)練的操作員 那么，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功能喪失時(shí)，操作員采取了什么應(yīng)對(duì)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(duì)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(jìn)行過(guò)嚴(yán)格的訓(xùn)練。 讓海水冷卻系統(tǒng)的水泵工作的電動(dòng)機(jī)利用設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的小型發(fā)電機(jī)供電。不過(guò)，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(lái)，就無(wú)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(diǎn)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(lái)降壓的操作。然后操作員再?lài)L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(shí)，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(shí)估計(jì)堆芯已經(jīng)開(kāi)始不斷受損剝落。說(shuō)不定當(dāng)時(shí)的溫度已經(jīng)達(dá)到鈾的熔點(diǎn)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(huì)的某專(zhuān)家委員針對(duì)此次的乏燃料池事故稱(chēng)，“從來(lái)沒(méi)想到會(huì)發(fā)生這種意外。因?yàn)橐詢(xún)?chǔ)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(hào)機(jī)

29、組反應(yīng)堆建筑的破壞情況可以推測(cè)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(hào)機(jī)組反應(yīng)堆建筑側(cè)面墻壁的破壞情況可以推測(cè)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(hào)機(jī)組反應(yīng)堆建筑的側(cè)面墻壁的現(xiàn)象來(lái)看，可以推測(cè)出儲(chǔ)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(shí)，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(shuō)根本不會(huì)發(fā)生完全被炸飛的情況。但現(xiàn)實(shí)卻不是這樣。所以說(shuō)堆芯燃料和乏燃料池內(nèi)的乏燃料完全受損來(lái)得更為準(zhǔn)確。各反應(yīng)堆受損情況的匯總見(jiàn)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(diǎn)。 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(jiàn)，這也顯示了在日本建設(shè)核電站的難度。 由于在一個(gè)地方集中了多座反應(yīng)堆，發(fā)生大地震時(shí)發(fā)展為嚴(yán)重事故的危險(xiǎn)性也會(huì)升高。實(shí)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(xiǎn)性。（未完待續(xù)，特約撰稿人：櫻井淳，物理學(xué)者兼技術(shù)評(píng)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(lè)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(cè)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(wú)法對(duì)福島核電站事故進(jìn)行學(xué)術(shù)性和定量性評(píng)價(jià)。根據(jù)美國(guó)三里島核電站事故的經(jīng)驗(yàn)，要想完全弄清熔毀的堆芯情況等詳情，最快也要一年的時(shí)間。 隨著放射性物質(zhì)的泄漏，日本政府對(duì)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(shí)的放射性物質(zhì)泄漏量如下，1957年英國(guó)溫德斯格爾（Windscale）核電站的反應(yīng)堆泄漏的I-131（碘131）為2萬(wàn)5000Ci、Cs-137（銫137）為600Ci；1979年三里島核電站2號(hào)機(jī)組泄漏的放射性氣體為250萬(wàn)Ci、I-131為15Ci；1986年切爾諾貝利核電站4號(hào)機(jī)組泄漏的Xe-133（氙133

32、）為1億8000萬(wàn)Ci、I-131為4800萬(wàn)Ci、Cs-137為230萬(wàn)Ci、Sr-90（鍶90）為27萬(wàn)Ci、Pu-239（钚239）為400Ci。 按照具有代表性的I-131放射量來(lái)看，福島第一核電站的泄漏量為260萬(wàn)Ci，是切爾諾貝利核電站事故的1/18以下12。不過(guò)，這一數(shù)值則是三里島核電站事故的17萬(wàn)倍13。 12：據(jù)朝日新聞報(bào)道，“泄漏量為11萬(wàn)萬(wàn)億貝克勒爾（推測(cè)）”。這里按照3.7×1010Bp=1Ci的關(guān)系換算。 13：相對(duì)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(wàn)Ci就非常多了。 I的沸點(diǎn)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(diǎn)約為690，在熔毀的堆芯中無(wú)法辨認(rèn)。其半衰期長(zhǎng)達(dá)30年，對(duì)食物污染和土地污染的影響是長(zhǎng)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(lái)水、原乳和蔬菜中都檢測(cè)出了I-131和Cs-137。最初，比如說(shuō)在福島縣鄰縣的自來(lái)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(shí)驗(yàn)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(lái)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(guò)，日本規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)為300Bq。自來(lái)水中檢測(cè)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(gè)放射水平還是可以容忍的。 但是隨著時(shí)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(cè)出的Cs-137為16萬(wàn)3000Bq，I-131為117萬(wàn)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(duì)于Cs-137要高很多。由此可以推測(cè)，放射源不是乏燃料池，而是堆芯。這是因?yàn)?，乏燃料池中的乏燃料已?jīng)從堆芯中取出半年至數(shù)年時(shí)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(cè)不出來(lái)的。再根據(jù)Cs-137的泄漏量較高這

35、一情況可以推測(cè)，在從反應(yīng)堆向反應(yīng)堆安全殼中減壓排氣的過(guò)程中，大量的I-131進(jìn)入到了反應(yīng)堆安全殼中。 賠償問(wèn)題與廢爐問(wèn)題 今后，隨著事態(tài)的逐漸平穩(wěn)，賠償和廢爐問(wèn)題將凸顯出來(lái)。 首先，關(guān)于賠償問(wèn)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(xiǎn)公司以及日本政府簽訂合約。保險(xiǎn)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(shí)，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(xiǎn)公司需支付的最高限額比美國(guó)少一位數(shù)。 不過(guò)，東京電力需向受災(zāi)者支付的補(bǔ)償額將以萬(wàn)億日元為單位。這中間的差額與其說(shuō)由東京電力負(fù)擔(dān)，不如說(shuō)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(lái)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(shí)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(guó)民分擔(dān)的。為了推進(jìn)作為日本國(guó)策的核電事業(yè)，就只能制訂這樣的對(duì)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(wàn)億日元關(guān)于廢爐問(wèn)題，日本政府、經(jīng)濟(jì)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(guó)土狹窄的日本有效利用土地，將會(huì)采用還原為空地的“完全拆除方式”。1、2、3號(hào)機(jī)組將在今后數(shù)年內(nèi)進(jìn)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(shí)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(kāi)始進(jìn)行拆除作業(yè)。因此，還原為空地實(shí)際需要長(zhǎng)達(dá)25年的時(shí)間。 不過(guò)，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(jí)別（Clearance Level）以?xún)?nèi)的物品也可以廢棄。污染程度超出安全級(jí)別的物品則需要在野外建設(shè)專(zhuān)用設(shè)施，為其覆蓋能夠預(yù)防風(fēng)雨的覆蓋物進(jìn)行管理。對(duì)于被污染的管道和設(shè)備要進(jìn)行去污處理。而放射性較強(qiáng)的反應(yīng)堆壓力容器，需將其切割為可以搬運(yùn)的尺寸，收容在屏蔽容器內(nèi)，在專(zhuān)用保管設(shè)施中保存300年左右。 據(jù)推測(cè)，完全拆除反應(yīng)堆所需費(fèi)用為建設(shè)費(fèi)用的34成。建設(shè)福島第一核電站的一個(gè)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(jì)算，完全拆除一個(gè)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(shí)際上，全世界還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)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(wú)法確定用建設(shè)費(fèi)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(fèi)用也許會(huì)花費(fèi)1萬(wàn)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(píng)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(shí)發(fā)生的最壞設(shè)想時(shí)，僅設(shè)置高14m的海嘯防護(hù)壁是不夠的。還應(yīng)該按照發(fā)生里氏9.09.4級(jí)左右的巨大地震的設(shè)想，更改抗震級(jí)別。中部電力的浜岡核電站假設(shè)會(huì)遭遇里氏8.6級(jí)的東海地震，抗震級(jí)別設(shè)定為1000GAL。不過(guò)，這種抗震級(jí)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(jí)別。 如果發(fā)生東海地震，從居住的人口密度來(lái)看，遇難者人數(shù)可能會(huì)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(wàn)3000人，失蹤人數(shù)約為1萬(wàn)4000人。如果在對(duì)海嘯完全無(wú)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(guò)東日本大地震的慘劇。所以日本