日本福岛核事故

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1、日本福岛核事故已进入第6天，此次核泄漏危机在过去的5天里逐步升级，至今仍未得到有效控制。欧洲能源专员冈瑟厄廷格将这次由地震、海啸引发的核灾难形容为 生的事情进行梳理时，我们发现日本当局在此次事故中应对失当、表现乏力，其中教训值得各国政府和核电行业吸取。沸水反应堆工作原理在分析这次核事故之前，我们首先需要简单了解核电站的工作 原理和核泄漏防护原理。日本福岛第一、第二核电站的所有10 座核反应堆在1971-1988年间建成运行，均属沸水型反应堆(Boiling Water Reactors，BWR)。其工作原理是核燃料棒在 反应堆堆芯发生可控的链式反应，产生大量热量；这些热量传 递给反应堆压力容器

2、内的水，这些水被加热后产生蒸汽，直接 推动蒸汽涡轮发电机产生电能。这个回路里的水，在反应堆运转后是沸腾的，蒸汽通过涡轮发沸水型反应堆运行过程示意图，图中蓝色部分即为冷却水循环，最左边的部分即为进行链式反应的炉心。(点击可看大电机后需要进入一个冷凝器，冷凝器引入海水进行冷却，蒸汽 冷却后重新变成液态水流回反应堆压力容器。为什么停堆后冷却那么重要在这次地震发生后，日本福岛第一、第二核电站的反应堆都已 自动“停堆”，为什么还会出现如此严重的核泄漏？这是因为在 核电术语里“停堆”，只是通过计算机控制向反应堆芯插入控制 棒，停止链式反应，但是核燃料棒里的反射性元素自衰变仍然 产生大量热量。这样就必须保持

3、冷却水循环，以保证核燃料棒不会因为温度过高而出现包裹金属熔解破损，导致严重核泄漏。福岛核电站的三层防护众所周知，核燃料在发生链式反应时会产生大量对人体有害的 放射性物质，如碘131、铯137。为了避免这些放射性物质泄漏, 核电站设置了多层防护。第一层防护：核燃料棒外壳福岛核电站有三层防护，第一层就是核燃料棒的外壳一一锆合 金，这层锆合金包裹可以避免核燃料棒里的放射性物质与冷却 水接触，可以承受1200度的高温。很多根核燃料棒、控制棒（用 途是吸收中子，控制链式反应的程度）及相关机构就组成了反 应堆堆芯装置。第二层防护：反应堆压力容器第二层防护是反应堆压力容器，反应堆堆芯就是放置在这个压 力容器

4、里。反应堆工作时会产生巨大的蒸汽压力，所以反应堆 压力容器由高强度合金钢制成。其防护作用是，在核燃料棒的 锆合金外壳出现破损的时候，保证放射性物质不会大规模泄漏。第三层防护：混凝土安全壳第三层防护是混凝土安全壳，福岛核电站的安全壳由约1米厚核燃料棒的外壳一锆合金。锆合 金能够避免核燃料棒与冷却水直接接 触，能承受1200度的高温。切尔诺贝利核电站的反应堆没有混凝土安全壳，反应堆爆炸后轻易将并 不坚固的厂房炸开，导致大量反射性 尘埃直接进入外界大气。的预应力钢筋混凝土和约6毫米厚的内衬钢板组成。它的主要 作用是，在反应堆压力容器爆炸或破损后，大量放射性物质、 放射性废水不会泄漏到外界去。值得一提

5、的是，前苏联切尔诺 贝利核电站的反应堆是没有安全壳的，反应堆爆炸轻易将并不 坚固的厂房炸开，导致大量反射性尘埃直接进入外界大气。其它需要认识的附属结构1、压力抑制水池，它与混凝土安全壳连通，用于控制混凝土安全壳内的内部压力和装盛冷却水。2、混凝土安全壳的钢制顶盖, 在更换核燃料棒时需要打开。3、乏燃料棒（使用过的核燃料棒） 冷却水池，乏燃料棒在刚从反应堆取出时仍具有非常高的温度, 需要放在水池里冷却，再运出核电站。4、操作厂房，位于核电站厂房的最高一层，装有吊车等设备，装卸核燃料棒等操作在此进行。附：福岛第一核电站反应堆结构图（安財反应WE为眷器内）第三辟护 俐竦混擬I茨金売 内能处戡”側励核

6、燃料单兀第一层防护 皓呑a卜売需用冷却水池福岛核事故的发展经过3月11日3月11日13时46分，日本东部海底发生里氏9.0级特大地震。 地震发生后，福岛第一核电站的1、2、3号机组和第二核电站 的全部4个机组均成功实现“停堆”；事发时，第一核电站另外的4、5、6号机组处于定期检修状态。在停堆后，核燃料棒仍3月12日，福岛第一核电站。日本发生8.9级地震后，福岛第一核电站反 应堆自动停止运转，但应急柴油发电 机却因被洪水淹没停止了运转。然放出大量自衰变热量，需要继续进行冷却，直至实现“冷温停 止”的稳定状态，所以在“停堆”后核电站的应急柴油发电机启动 以维持冷却水循环。但不幸的是，在一个小时后，

7、海啸带来的 洪水淹没了柴油发电机，导致水泵缺乏电力供应，第一核电站的1、2号机组和第二核电站的1、2、4号机组丧失冷却功能。 这一故障，导致反应堆压力容器内水温、压力上升，混凝土安 全壳内蒸汽压力上升。晚上19时许，日本首相菅直人发布“核 能紧急事态宣言”，疏散福岛第一核电站为中心半径3公里之内 的居民，同时要求3公里至10公里的居民不要外出。3月12日，福岛核电站1号机组厂3月12日福岛第一核电站1号机组从凌晨起释放蒸汽，避免安全壳因压 力过大损坏。这一措施导致了微量核泄漏，上午10时测得的福 岛第一核电站正门核辐射浓度是7时40分的73倍。菅直人下房发生氢气爆炸，造成厂房外墙和屋顶在爆炸中

8、坍塌，不过幸运的是这次爆炸并未损坏混凝土安全壳。3月14日，福岛第一核电站3号机 组11时01分发生氢气爆炸，反应堆 所在建筑遭到损坏，但放置反应堆的 压力容器和混凝土安全壳没有损坏。令，12日凌晨5点44分起，建议居民疏散范围从第一核电站 半径3公里以内扩大至10公里。由于温度过高，1号机组反应堆压力容器内的冷却水蒸发速度 加快，出现水位下降情况，核燃料棒上部部段露出水面处于干 烧状态。下午13时许，1号机组附近探测到放射性元素铯137, 这表明核燃料棒的锆合金外壳已开始熔毁，“堆芯熔化”险情首 次出现。16时许，1号机组厂房发生氢气爆炸，这是锆合金在 高温下与水发生反应产生的氢气，这些氢气

9、泄漏至最上层的操 作厂房发生爆炸，整个操作厂房的外壁、顶部被炸飞。在爆炸 发生后，核电站厂区内辐射剂量一度升至1.015毫西弗/小时， 到18时才下降至0.0705毫西弗/小时。幸运的是，这次爆炸并未损坏混凝土安全壳。晚上22时许，抢修当局开始向1号反应 堆注入海水实施冷却。3月13日3月15日，福岛第一核电站2号机 组发生爆炸，此次爆炸使安全壳受损 并导致放射性气体大量泄漏。13日凌晨5时许，第一核电站3号机组丧失冷却功能，随后抢 修当局进行灌注冷却水和释放蒸汽作业，核电站厂区辐射剂量 一度升至1.2042毫西弗/小时。但由于未知原因，3号机组后来 处于无法注水的状态，在反应堆压力容器内水位

10、下降后，也出 现核燃料棒干烧、锆合金外壳破损的情况。13日下午，抢修当局开始向3号机组注入海水，并继续释放安3月17日的福岛核电站卫星图，图全壳内的蒸汽。下午14时许，第一核电站厂区出现1.5575毫 西弗/小时的辐射剂量，之后有所下降。3月14日14日上午11时许，第一核电站3号机组也发生氢气爆炸，上 层操作厂房外壁出现破洞，爆炸导致了 11人受伤。反应堆压力中可见4个机组都受损严重。日本方 面开始出动直升机直升机、核电站注 水降温。（点击可看大图）容器、混凝土安全壳没有受损。下午16时许，福岛第一核电站2号机组发生“紧急事态”，反应堆压力容器内的水位急速下降。据称出现这个情况的原因是， 注

11、入海水的水泵因燃料耗尽停止工作。这一疏忽一度导致全长 约4米的核燃料棒全部露出水面，处于严重的干烧状态，核燃 料棒锆合金外壳发生烧熔破损。3月15日 15日6时10分，第一核电站2号机组发生爆炸，压力抑制池出现破损。由于压力抑制池与混凝土安全壳是连通的，所以此 次爆炸导致了安全壳内部放射性气体大量泄漏。8时31分，第 一核电站正门测得的辐射剂量为8.217毫西弗/小时，为普通人 每年可被辐射剂量上限的8倍；10时22分，3号机组附近测得400毫西弗/小时的辐射剂量，人在附近停留2小时即会出现呕吐等辐射病症状，这已经是非常严重的核泄漏。另外在上午9 时40 分，第一核电站4号机组发生了氢气爆炸并

12、 起火，上层操作厂房出现两个边长 8米的四方形的空洞。发生 氢气爆炸的原因是，乏燃料棒冷却水池由于缺乏冷却，高温导 致乏燃料棒的锆合金外壳与水作用产生氢气。这一情况是非常 危险的，因为乏燃料棒冷却水池缺乏坚固屏蔽，一旦乏燃料棒 的锆合金外壳损毁，大量放射性物质将直接进入外界大气。 15 日下午，日本政府将第一核电站疏散隐蔽半径扩大至 30 公里。 晚上抢修当局曾试图向4 号机组厂房的乏燃料棒冷却池注水， 但未能成功。3月 16日16 日 7 时许，第一核电站 4 号机组厂房再次发生火灾，火焰从15 日爆炸形成的破洞喷出。9 时许，东京电力公司表示，4 号 机组厂房冷却池里存放的乏燃料棒可能再次

13、达到临界，研究用 直升机向其撒放硼酸。10 时许，第一核电站附近升起白烟，因 为现场辐射剂量太高，抢修人员未能靠近查明情况。11 时许， 日本首先菅直人表示，3 号机组的混凝土安全壳可能已经破损。 东京电力公司则表示，可能是因为 3号机组的乏燃料棒冷却池 过热产生蒸汽。下午，日本自卫队直升机曾试图向 3号机组厂房喷洒冷却水， 但因为辐射剂量过高放弃。日本文部科学省则宣布，在距离第 一核电站 21 公里处测得的辐射剂量为 0.33 毫西弗/小时，为正 常值的6600 倍，这是在人员疏散半径外测得的最高值。3月 17日17日上午9时许，日本自卫队两架CH-47大型直升机在第一核 电站3 号机组厂房

14、上空实施注水冷却作业。但注水作业后，核 电站厂区的辐射剂量没有变化，约为3.7毫西弗。福岛第一核电站事故进度表（注：表中所提及的图A、图B、图C为对应的泄漏事故示意图，对应图片列在进度表下方）1号机组3号机组2号机组11日丧失冷却功能丧失冷却功能12 日 00-12 时部分堆芯熔化（图A）12 日 12-24 时氢气爆炸、操作厂房破损（图B）13 日 00-12 时丧失冷却功能13 日 12-24 时部分堆芯熔化（图A）14 日 00-12 时氢气爆炸、操作厂房破损（图B）14 日 12-24 时部分堆芯熔化（图15日爆炸，安全壳破扌16 日 00-12 时安全壳破损（可能）（图C）附：图解福岛第一核电站泄漏事故硕訂盘牛盘阴谨堆堆站熔化大區放IJtt狗质 从嘶的核is料棒中鄆出”iWU玄卑;T孔飙:安伽卸鈕的側i潮加期斓酬大磁躺t物顾向外瞬朱羽了MmttTErt日本当局抢修工作存在明显漏洞从前面整理的福岛核事故发展进程，我们可以发现福岛第一核电站在震后的5天时间里是依次出现险情、并逐步扩大的，这说明日本当局的抢修工作存在明显漏洞。1、对核事故估计不足福岛第一、二核电站是世界最大的核电站，共有10台发电机组, 其中第一核电站的第1至4号机组在1971年-1978年间投入运 行，均已达到或接近服役寿命。在这次事件中，可以看到第一 核