歐洲能源專(zhuān)員岡瑟·厄廷格將地震、海嘯引發(fā)的核災難形容為“現代啟示錄”
日本福島核事故已進(jìn)入第6天，此次核泄漏危機在過(guò)去的5天里逐步升級，至今仍未得到有效控制。歐洲能源專(zhuān)員岡瑟·厄廷格將這次由地震、海嘯引發(fā)的核災難形容為“現代啟示錄”。在對過(guò)去5天發(fā)生的事情進(jìn)行梳理時(shí)，我們發(fā)現日本當局在此次事故中應對失當、表現乏力，其中教訓值得各國政府和核電行業(yè)吸取。
在分析這次核事故之前，我們首先需要簡(jiǎn)單了解核電站的工作原理和核泄漏防護原理。日本福島第一、第二核電站的所有10座核反應堆在1971-1988年間建成運行，均屬沸水型反應堆（Boiling Water Reactors，BWR）。其工作原理是核燃料棒在反應堆堆芯發(fā)生可控的鏈式反應，產(chǎn)生大量熱量；這些熱量傳遞給反應堆壓力容器內的水，這些水被加熱后產(chǎn)生蒸汽，直接推動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)電機產(chǎn)生電能。
這個(gè)回路里的水，在反應堆運轉后是沸騰的，蒸汽通過(guò)渦輪發(fā)電機后需要進(jìn)入一個(gè)冷凝器，冷凝器引入海水進(jìn)行冷卻，蒸汽冷卻后重新變成液態(tài)水流回反應堆壓力容器。
為什么停堆后冷卻那么重要
在這次地震發(fā)生后，日本福島第一、第二核電站的反應堆都已自動(dòng)“停堆”，為什么還會(huì )出現如此嚴重的核泄漏？這是因為在核電術(shù)語(yǔ)里“停堆”，只是通過(guò)計算機控制向反應堆芯插入控制棒，停止鏈式反應，但是核燃料棒里的反射性元素自衰變仍然產(chǎn)生大量熱量。這樣就必須保持冷卻水循環(huán)，以保證核燃料棒不會(huì )因為溫度過(guò)高而出現包裹金屬熔解破損，導致嚴重核泄漏。
沸水型反應堆運行過(guò)程示意圖，圖中藍色部分即為冷卻水循環(huán)，最左邊的部分即為進(jìn)行鏈式反應的爐心。(
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眾所周知，核燃料在發(fā)生鏈式反應時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量對人體有害的放射性物質(zhì)，如碘131、銫137。為了避免這些放射性物質(zhì)泄漏，核電站設置了多層防護。
第一層防護：核燃料棒外殼
福島核電站有三層防護，第一層就是核燃料棒的外殼——鋯合金，這層鋯合金包裹可以避免核燃料棒里的放射性物質(zhì)與冷卻水接觸，可以承受1200度的高溫。很多根核燃料棒、控制棒（用途是吸收中子，控制鏈式反應的程度）及相關(guān)機構就組成了反應堆堆芯裝置。
第二層防護：反應堆壓力容器
第二層防護是反應堆壓力容器，反應堆堆芯就是放置在這個(gè)壓力容器里。反應堆工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生巨大的蒸汽壓力，所以反應堆壓力容器由高強度合金鋼制成。其防護作用是，在核燃料棒的鋯合金外殼出現破損的時(shí)候，保證放射性物質(zhì)不會(huì )大規模泄漏。
第三層防護：混凝土安全殼
第三層防護是混凝土安全殼，福島核電站的安全殼由約1米厚的預應力鋼筋混凝土和約6毫米厚的內襯鋼板組成。它的主要作用是，在反應堆壓力容器爆炸或破損后，大量放射性物質(zhì)、放射性廢水不會(huì )泄漏到外界去。值得一提的是，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的反應堆是沒(méi)有安全殼的，反應堆爆炸輕易將并不堅固的廠(chǎng)房炸開(kāi)，導致大量反射性塵埃直接進(jìn)入外界大氣。
其它需要認識的附屬結構
1、壓力抑制水池，它與混凝土安全殼連通，用于控制混凝土安全殼內的內部壓力和裝盛冷卻水。2、混凝土安全殼的鋼制頂蓋，在更換核燃料棒時(shí)需要打開(kāi)。3、乏燃料棒（使用過(guò)的核燃料棒）冷卻水池，乏燃料棒在剛從反應堆取出時(shí)仍具有非常高的溫度，需要放在水池里冷卻，再運出核電站。4、操作廠(chǎng)房，位于核電站廠(chǎng)房的最高一層，裝有吊車(chē)等設備，裝卸核燃料棒等操作在此進(jìn)行。
核燃料棒的外殼——鋯合金。鋯合金能夠避免核燃料棒與冷卻水直接接觸，能承受1200度的高溫。
切爾諾貝利核電站的反應堆沒(méi)有混凝土安全殼，反應堆爆炸后輕易將并不堅固的廠(chǎng)房炸開(kāi)，導致大量反射性塵埃直接進(jìn)入外界大氣。
附：福島第一核電站反應堆結構圖
3月11日
3月11日13時(shí)46分，日本東部海底發(fā)生里氏9.0級特大地震。地震發(fā)生后，福島第一核電站的1、2、3號機組和第二核電站的全部4個(gè)機組均成功實(shí)現“停堆”；事發(fā)時(shí)，第一核電站另外的4、5、6號機組處于定期檢修狀態(tài)。在停堆后，核燃料棒仍然放出大量自衰變熱量，需要繼續進(jìn)行冷卻，直至實(shí)現“冷溫停止”的穩定狀態(tài)，所以在“停堆”后核電站的應急柴油發(fā)電機啟動(dòng)以維持冷卻水循環(huán)。但不幸的是，在一個(gè)小時(shí)后，海嘯帶來(lái)的洪水淹沒(méi)了柴油發(fā)電機，導致水泵缺乏電力供應，第一核電站的1、2號機組和第二核電站的1、2、4號機組喪失冷卻功能。
這一故障，導致反應堆壓力容器內水溫、壓力上升，混凝土安全殼內蒸汽壓力上升。晚上19時(shí)許，日本首相菅直人發(fā)布“核能緊急事態(tài)宣言”，疏散福島第一核電站為中心半徑3公里之內的居民，同時(shí)要求3公里至10公里的居民不要外出。
3月12日
福島第一核電站1號機組從凌晨起釋放蒸汽，避免安全殼因壓力過(guò)大損壞。這一措施導致了微量核泄漏，上午10時(shí)測得的福島第一核電站正門(mén)核輻射濃度是7時(shí)40分的73倍。菅直人下令，12日凌晨5點(diǎn)44分起，建議居民疏散范圍從第一核電站半徑3公里以?xún)葦U大至10公里。
由于溫度過(guò)高，1號機組反應堆壓力容器內的冷卻水蒸發(fā)速度加快，出現水位下降情況，核燃料棒上部部段露出水面處于干燒狀態(tài)。下午13時(shí)許，1號機組附近探測到放射性元素銫137，這表明核燃料棒的鋯合金外殼已開(kāi)始熔毀，“堆芯熔化”險情首次出現。16時(shí)許，1號機組廠(chǎng)房發(fā)生氫氣爆炸，這是鋯合金在高溫下與水發(fā)生反應產(chǎn)生的氫氣，這些氫氣泄漏至最上層的操作廠(chǎng)房發(fā)生爆炸，整個(gè)操作廠(chǎng)房的外壁、頂部被炸飛。在爆炸發(fā)生后，核電站廠(chǎng)區內輻射劑量一度升至1.015毫西弗/小時(shí)，到18時(shí)才下降至0.0705毫西弗/小時(shí)。幸運的是，這次爆炸并未損壞混凝土安全殼。晚上22時(shí)許，搶修當局開(kāi)始向1號反應堆注入海水實(shí)施冷卻。
3月13日
13日凌晨5時(shí)許，第一核電站3號機組喪失冷卻功能，隨后搶修當局進(jìn)行灌注冷卻水和釋放蒸汽作業(yè)，核電站廠(chǎng)區輻射劑量一度升至1.2042毫西弗/小時(shí)。但由于未知原因，3號機組后來(lái)處于無(wú)法注水的狀態(tài)，在反應堆壓力容器內水位下降后，也出現核燃料棒干燒、鋯合金外殼破損的情況。
13日下午，搶修當局開(kāi)始向3號機組注入海水，并繼續釋放安全殼內的蒸汽。下午14時(shí)許，第一核電站廠(chǎng)區出現1.5575毫西弗/小時(shí)的輻射劑量，之后有所下降。
3月14日
14日上午11時(shí)許，第一核電站3號機組也發(fā)生氫氣爆炸，上層操作廠(chǎng)房外壁出現破洞，爆炸導致了11人受傷。反應堆壓力容器、混凝土安全殼沒(méi)有受損。
下午16時(shí)許，福島第一核電站2號機組發(fā)生“緊急事態(tài)”，反應堆壓力容器內的水位急速下降。據稱(chēng)出現這個(gè)情況的原因是，注入海水的水泵因燃料耗盡停止工作。這一疏忽一度導致全長(cháng)約4米的核燃料棒全部露出水面，處于嚴重的干燒狀態(tài)，核燃料棒鋯合金外殼發(fā)生燒熔破損。
3月15日
15日6時(shí)10分，第一核電站2號機組發(fā)生爆炸，壓力抑制池出現破損。由于壓力抑制池與混凝土安全殼是連通的，所以此次爆炸導致了安全殼內部放射性氣體大量泄漏。8時(shí)31分，第一核電站正門(mén)測得的輻射劑量為8.217毫西弗/小時(shí)，為普通人每年可被輻射劑量上限的8倍；10時(shí)22分，3號機組附近測得400毫西弗/小時(shí)的輻射劑量，人在附近停留2小時(shí)即會(huì )出現嘔吐等輻射病癥狀，這已經(jīng)是非常嚴重的核泄漏。
另外在上午9時(shí)40分，第一核電站4號機組發(fā)生了氫氣爆炸并起火，上層操作廠(chǎng)房出現兩個(gè)邊長(cháng)8米的四方形的空洞。發(fā)生氫氣爆炸的原因是，乏燃料棒冷卻水池由于缺乏冷卻，高溫導致乏燃料棒的鋯合金外殼與水作用產(chǎn)生氫氣。這一情況是非常危險的，因為乏燃料棒冷卻水池缺乏堅固屏蔽，一旦乏燃料棒的鋯合金外殼損毀，大量放射性物質(zhì)將直接進(jìn)入外界大氣。 15日下午，日本政府將第一核電站疏散隱蔽半徑擴大至30公里。晚上搶修當局曾試圖向4號機組廠(chǎng)房的乏燃料棒冷卻池注水，但未能成功。
3月16日
16日7時(shí)許，第一核電站4號機組廠(chǎng)房再次發(fā)生火災，火焰從15日爆炸形成的破洞噴出。9時(shí)許，東京電力公司表示，4號機組廠(chǎng)房冷卻池里存放的乏燃料棒可能再次達到臨界，研究用直升機向其撒放硼酸。10時(shí)許，第一核電站附近升起白煙，因為現場(chǎng)輻射劑量太高，搶修人員未能靠近查明情況。11時(shí)許，日本首先菅直人表示，3號機組的混凝土安全殼可能已經(jīng)破損。東京電力公司則表示，可能是因為3號機組的乏燃料棒冷卻池過(guò)熱產(chǎn)生蒸汽。
下午，日本自衛隊直升機曾試圖向3號機組廠(chǎng)房噴灑冷卻水，但因為輻射劑量過(guò)高放棄。日本文部科學(xué)省則宣布，在距離第一核電站21公里處測得的輻射劑量為0.33毫西弗/小時(shí)，為正常值的6600倍，這是在人員疏散半徑外測得的最高值。
3月17日
17日上午9時(shí)許，日本自衛隊兩架CH-47大型直升機在第一核電站3號機組廠(chǎng)房上空實(shí)施注水冷卻作業(yè)。但注水作業(yè)后，核電站廠(chǎng)區的輻射劑量沒(méi)有變化，約為3.7毫西弗。
