歐洲能源專員岡瑟·厄廷格將地震、海嘯引發的核災難形容為「現代啟示錄」

歐洲能源專員岡瑟·厄廷格將地震、海嘯引發的核災難形容為「現代啟示錄」日本福島核事故已進入第6天，此次核泄漏危機在過去的5天里逐步升級，至今仍未得到有效控制。歐洲能源專員岡瑟·厄廷格將這次由地震、海嘯引發的核災難形容為「現代啟示錄」。在對過去5天發生的事情進行梳理時，我們發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吸取。

在分析這次核事故之前，我們首先需要簡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生可控的鏈式反應，產生大量熱量；這些熱量傳遞給反應堆壓力容器內的水，這些水被加熱後產生蒸汽，直接推動蒸汽渦輪發電機產生電能。這個迴路里的水，在反應堆運轉後是沸騰的，蒸汽通過渦輪發電機後需要進入一個冷凝器，冷凝器引入海水進行冷卻，蒸汽冷卻後重新變成液態水流回反應堆壓力容器。為什麼停堆後冷卻那麼重要在這次地震發生後，日本福島第一、第二核電站的反應堆都已自動「停堆」，為什麼還會出現如此嚴重的核泄漏？這是因為在核電術語里「停堆」，只是通過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生大量熱量。這樣就必須保持冷卻水循環，以保證核燃料棒不會因為溫度過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程示意圖，圖中藍色部分即為冷卻水循環，最左邊的部分即為進行鏈式反應的爐心。(點擊可看大圖)

眾所周知，核燃料在發生鏈式反應時會產生大量對人體有害的放射性物質，如碘131、銫137。為了避免這些放射性物質泄漏，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壓力容器里。反應堆工作時會產生巨大的蒸汽壓力，所以反應堆壓力容器由高強度合金鋼製成。其防護作用是，在核燃料棒的鋯合金外殼出現破損的時候，保證放射性物質不會大規模泄漏。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後，大量放射性物質、放射性廢水不會泄漏到外界去。值得一提的是，前蘇聯切爾諾貝利核電站的反應堆是沒有安全殼的，反應堆爆炸輕易將並不堅固的廠房炸開，導致大量反射性塵埃直接進入外界大氣。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，用於控制混凝土安全殼內的內部壓力和裝盛冷卻水。2、混凝土安全殼的鋼製頂蓋，在更換核燃料棒時需要打開。3、乏燃料棒（使用過的核燃料棒）冷卻水池，乏燃料棒在剛從反應堆取出時仍具有非常高的溫度，需要放在水池裡冷卻，再運出核電站。4、操作廠房，位於核電站廠房的最高一層，裝有吊車等設備，裝卸核燃料棒等操作在此進行。

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有混凝土安全殼，反應堆爆炸後輕易將並不堅固的廠房炸開，導致大量反射性塵埃直接進入外界大氣。附：福島第一核電站反應堆結構圖

3月11日3月11日13時46分，日本東部海底發生里氏9.0級特大地震。地震發生後，福島第一核電站的1、2、3號機組和第二核電站的全部4個機組均成功實現「停堆」；事發時，第一核電站另外的4、5、6號機組處於定期檢修狀態。在停堆後，核燃料棒仍然放出大量自衰變熱量，需要繼續進行冷卻，直至實現「冷溫停止」的穩定狀態，所以在「停堆」後核電站的應急柴油發電機啟動以維持冷卻水循環。但不幸的是，在一個小時後，海嘯帶來的洪水淹沒了柴油發電機，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時許，日本首相菅直人發布「核能緊急事態宣言」，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大損壞。這一措施導致了微量核泄漏，上午10時測得的福島第一核電站正門核輻射濃度是7時40分的73倍。菅直人下令，12日凌晨5點44分起，建議居民疏散範圍從第一核電站半徑3公里以內擴大至10公里。由於溫度過高，1號機組反應堆壓力容器內的冷卻水蒸發速度加快，出現水位下降情況，核燃料棒上部部段露出水面處於干燒狀態。下午13時許，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始熔毀，「堆芯熔化」險情首次出現。16時許，1號機組廠房發生氫氣爆炸，這是鋯合金在高溫下與水發生反應產生的氫氣，這些氫氣泄漏至最上層的操作廠房發生爆炸，整個操作廠房的外壁、頂部被炸飛。在爆炸發生後，核電站廠區內輻射劑量一度升至1.015毫西弗/小時，到18時才下降至0.0705毫西弗/小時。幸運的是，這次爆炸並未損壞混凝土安全殼。晚上22時許，搶修當局開始向1號反應堆注入海水實施冷卻。3月13日13日凌晨5時許，第一核電站3號機組喪失冷卻功能，隨後搶修當局進行灌注冷卻水和釋放蒸汽作業，核電站廠區輻射劑量一度升至1.2042毫西弗/小時。但由於未知原因，3號機組後來處於無法注水的狀態，在反應堆壓力容器內水位下降後，也出現核燃料棒干燒、鋯合金外殼破損的情況。13日下午，搶修當局開始向3號機組注入海水，並繼續釋放安全殼內的蒸汽。下午14時許，第一核電站廠區出現1.5575毫西弗/小時的輻射劑量，之後有所下降。3月14日14日上午11時許，第一核電站3號機組也發生氫氣爆炸，上層操作廠房外壁出現破洞，爆炸導致了11人受傷。反應堆壓力容器、混凝土安全殼沒有受損。下午16時許，福島第一核電站2號機組發生「緊急事態」，反應堆壓力容器內的水位急速下降。據稱出現這個情況的原因是，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約4米的核燃料棒全部露出水面，處於嚴重的干燒狀態，核燃料棒鋯合金外殼發生燒熔破損。3月15日15日6時10分，第一核電站2號機組發生爆炸，壓力抑制池出現破損。由於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31分，第一核電站正門測得的輻射劑量為8.217毫西弗/小時，為普通人每年可被輻射劑量上限的8倍；10時22分，3號機組附近測得400毫西弗/小時的輻射劑量，人在附近停留2小時即會出現嘔吐等輻射病癥狀，這已經是非常嚴重的核泄漏。另外在上午9時40分，第一核電站4號機組發生了氫氣爆炸並起火，上層操作廠房出現兩個邊長8米的四方形的空洞。發生氫氣爆炸的原因是，乏燃料棒冷卻水池由於缺乏冷卻，高溫導致乏燃料棒的鋯合金外殼與水作用產生氫氣。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，大量放射性物質將直接進入外界大氣。 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號機組廠房的乏燃料棒冷卻池注水，但未能成功。3月16日16日7時許，第一核電站4號機組廠房再次發生火災，火焰從15日爆炸形成的破洞噴出。9時許，東京電力公司表示，4號機組廠房冷卻池裡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時許，第一核電站附近升起白煙，因為現場輻射劑量太高，搶修人員未能靠近查明情況。11時許，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熱產生蒸汽。下午，日本自衛隊直升機曾試圖向3號機組廠房噴洒冷卻水，但因為輻射劑量過高放棄。日本文部科學省則宣布，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，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號機組廠房上空實施注水冷卻作業。但注水作業後，核電站廠區的輻射劑量沒有變化，約為3.7毫西弗。
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