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1、麻省理工博士：为什么我不担心日本核电站(组图)东方早报编者按：日本核泄漏事故发生后，美国麻省理工学院科技政策与 产业发展中心的博士 Josef Oehmen撰写了一篇题为“为什么我 不担心日本的核电站”的文章，以相对通俗的话语解释了核安全 问题，在网络上流传甚广。不过，因为其主业为“供应链危机管理” (supply chain risk management)研究，因此文章的一些观点也引起了部分读者的质 疑。其后，文章作者Josef Oehmen发出声明：本文原是他发给在日 本家人的emailo后经他表弟发布在自己的博客上后，得以病毒 性传播。Josef特地声明他本人并非核电专家或工程师。刊发
2、此文主要为读者提供更多资讯，中文译者为V2EX网站上的Livid。以下为文章正文：我在这里写下这些文字，是为了让大家对在日本发生的事情 核反应堆的安全问题，感到放心。事态确实严重，但是已经在控 制范围内。这篇东西很长！但是你读完之后，你会比世界上任何 记者都明白核反应堆究竟是怎么回事。核泄漏确实已经发生，但是在将来不会有任何显著的泄漏。“显著泄漏”大概会是个什么程度？打个比方说，可能比你乘坐 一趟长途飞行，或是喝下一杯产自本身具有高程度自然辐射地区 的啤酒，所受到的辐射要多一些。我读了自从地震发生以来的所有新闻报道。可以说几乎没有一篇 是准确或是无误的（当然也可能是因为地震发生之后在日本的通
3、讯问题）。关于“没有一篇是无误的”，我并不是指那些带有反 核立场的采访，毕竟这在现在也挺常见的。我指的是其中大量的 关于物理和自然规律的错误，及大量对于事实的错误解读一一可 能是因为写稿子的人本身并不了解核反应堆是如何建造和运营 的。我读过一篇来自CNN的3页长度的报道，每一个段落都至少 包含一个错误。接下来我们会告诉大家一些关于核反应堆的基本原理，然后解释 目前正在发生的是什么。福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆（Boiling Water Reactors），缩写BWR。沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅 类似。核燃料对水进行加热，水沸腾后汽化，然后蒸汽驱动汽轮 机产生电流，蒸汽冷却后再次
4、回到液态，再把这些水送回核燃料 处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是250摄氏度。上文提到的核燃料就是氧化铀。氧化铀是一种熔点在3000摄氏 度的陶瓷体。燃料被制作成小圆柱（想像一下就像乐高积木尺寸 的小圆柱）。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金（熔点2200摄 氏度）制成的长桶，然后密封起来。这就是一个燃料棒（fuel rod）。然后这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元，接 着这些燃料单元被放入反应堆内。所有的这些，就是一个核反应 堆核心 （core）的内容。锆锡合金外壳是第一层护罩，用来将具有放射性的核燃料与世隔 绝。然后，核心被放入“压力容器”中，也就是我们之前提到的蒸汽 压力锅的比
5、喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大 锅，设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心 降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。一个核反应堆的所有的这些“硬件”一一压力容器，各种管道， 泵，冷却水，被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密 封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩 的设计，建造和测试只是为了一个目的：当核心完全熔融时，将 其包裹在其中。为了实现这个目的，在压力容器（第二层护罩） 的下方，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，这一切都在第 三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核 心熔融，压力容器爆裂（并且也最终融化的话），
6、这个大碗就可 以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料 能够向四周铺开，从而实现散热。在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将 各种风吹雨打挡住的外壳（这也是在爆炸中被毁坏的部分，我们 稍后再说）。福岛第一核电站1号机确实是通用电气的Mark I型沸水堆。新 闻里露出钢筋的部分是最外部的厂房，里面的安全壳应该没事。福岛核电站的反应堆属于沸水反应堆”最外层:厂房结构反应堆最外层是常规结构的厂房 这也是牌分.夕卜层安全壳沸水堆有安全壳,但形制与我n 蛔的压水堆不同。 这也成为爆炸后公众恐龄主要原因.附属的应急柴5的 停堆后缺乏强制住海啸中进水损坏，导致反应堆 没成为
7、核事故龄问1L 凰核反应的一些基本原理铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子，这 样就产生热量及中子（构成原子的一种粒子）。当中子撞击另外 一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的中子并一直继续下去。 这就是核裂变的链式反应。而现在的情况是，当一堆燃料棒凑 在一起时就会很快导致过热，然后在45分钟后就会导致燃料棒 融化。但是值得指出的是，在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能 导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困 难的（不信你们可以去问问伊朗）。当年切尔诺贝利的情况是， 爆炸是由于大量的压力积攒，氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩， 接着将大量的融化的核心挥洒到了外界（就像一
8、颗“脏弹”）。这样的情况为什么在日本没有发生，及为什么不会发生，请继续 看下面。为了控制链式反应的发生，反应堆操作员会用到“控制棒”。控 制棒可以吸收中子，从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这 样设计的：当一切正常运转时，所有的控制棒是不会用到的。冷 却水会在核心产生热量的同时带走热量（并转化为蒸汽和电力）， 并且在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后，核心依然在产生热 量。虽然铀元素的链式反应已经停止，但是在铀元素的核裂变过 程中会产生一些具有放射性的副产品，比如铯和碘同位素，这些 元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子，然后失去放射 性。在
9、这些元素的衰变过程中，也会产生热量。因为它们不会再 从铀元素中产生（在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了），所 以它们的数量会越来越少，然后在衰变结束的过程中，大约几天 时间内，核心就会最终冷却下来。目前让人头痛的就是这些余热。实如此，所以操作员们只能退到 “纵深防御”中更进一层。这一切，无论我们看起来多么不可思 议，但却是反应堆操作员的培训的一部分一一从日常运营到控制 一个要融化的核心。于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最 后，如果冷却系统无法恢复，核心就一定会融化（在几个小时或 是几天内），然后最后一层防线一一第三层护罩及护罩内的大碗， 就将经受考验。但是此时最重要的任务
10、是在核心持续升温时控制住，并且确保第 一层护罩（燃料棒的锆锡合金外壳），及第二层护罩（压力容器） 能够保持完整并尽可能多工作一段时间，从而让工程师们能够有 足够的时间修好冷却系统。既然让核心冷却是那么重要的事情，因此反应堆内实际上有多个 冷却系统（反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆核心隔 离冷却系统，备用水冷系统，及紧急核心冷却系统）。而究竟哪 一个失效了或是没有失效在此时无法得知。所以想像一下，一个在炉子上的压力锅，持续地，慢慢地在进行 加热。操作员在采取各种手段去消除其中的热量，但是锅内的压 力在持续上升。于是当务之急是保住第一层护罩（熔点为2200 摄氏度的锆锡合金），及第二层护罩
11、一一压力容器。而为了保住 第二层护罩，其中的压力就需要时不时进行释放。因为在紧急时 刻进行压力释放是一件重要的事，所以反应堆共有11个用于释 放压力的阀门。操作员开始通过时不时地旋松阀门来释放压力容 器内的压力。此时压力容器内的温度是550摄氏度。这就是关于“辐射泄漏”的报道开始的时刻。我在上文中解释了 为什么释放压力的同时实际上会释放第二类放射性物质（主要是 N-16和氩），及为什么这样做其实毫无危险。放射性氮元素和 氩对于人类健康没有威胁。就在旋松阀门的过程中，发生了爆炸。爆炸发生在第三层护罩外 部，反应堆厂房内。反应堆厂房不具有隔绝放射性物质的功能。 虽然目前并不清楚到底发生了什么，但是
12、这是一个很有可能的场 景：操作员决定让压力容器内的蒸汽释放到厂房内，而不是直接 到厂房外部（这样可以让放射性元素有更长的时间用于衰变）。 而问题在于，由于核心内的高温，水分子会分解为氧和氢 一 种易爆混合气体，于是也确实在第三层护罩外爆炸了。历史上也 曾发生过一次类似的爆炸，不过是在压力容器内（因为压力容器 没有设计好并且操作失误），进而导致了切尔诺贝利事件。而福 岛核电站不会有这样的问题。氢氧混合气体是在设计核电站时需 要考虑的一个巨大问题，因此反应堆在建造时就考虑到了不能让 这样的爆炸发生在护罩内部。如果在护罩外部爆炸了，虽然也不 是设想中的状况但是可以接受，因为即使爆炸了也不会对护罩产
13、生影响。因此，在阀门被旋松时，压力得以控制。而现在的问题时，如果 水一直沸腾的话，那么水位就会持续下降。核心大概被几米深的 水覆盖，使得其能够在空气中暴露前坚持几个小时或几天。而一 旦没有水覆盖，那么暴露的燃料棒就会在45分钟后达到其2200 摄氏度的熔点。而这样就会导致第一层护罩，燃料棒的锆锡合金 外壳融化。而这样的事情正在开始发生。冷却系统无法在燃料棒开始融化前 恢复运转，不过燃料棒中的核燃料此时依然是完好的，包裹燃料 的锆锡合金外壳已经开始融化。而目前正在发生的，就是一些铯 和碘同位素开始随着释放出来的蒸汽，泄漏到反应堆外。最严重 的问题铀燃料，目前依然是受控的，因为氧化铀的熔点在 30
14、00摄氏度。目前已经确认的是，检测到有一部分铯和碘同位 素随着蒸汽泄漏到了大气中。这似乎是一个启动“B计划”的信号。通过在大气中检测到的铯 和碘同位素，操作员可以确认某一根燃料棒的外壳（第一层护罩） 已经存在破损“A计划”在于恢复某个常规冷却系统。为什么 这个计划失败目前并不清楚，而一种可能性是海啸冲走或是污染 了所有用于冷却系统的纯净水。用于冷却系统的给水是非常纯净的，去除了所有矿物质的水。使 用纯净水的原因在于：纯净水很大程度上不会被激活，因此可以 保持相对无辐射。而如果是脏水，那么更容易捕获中子，进而变 得更加具有放射性。这不会影响到核心一一因为核心不会被冷却 水影响。但是会使得操作员更
15、难处理这些具有轻度放射性的活化 水。但是“入计划”失败了 一一系统无法冷却，并且也没有额外的纯 净水。因此“B计划”被启动。而这就是目前正在发生的： 为了避免核心融化，操作员开始使用海水来冷却核心。我不是十 分清楚，他们是用海水浸泡住压力容器（第二层护罩），还是淹 住反应堆外壳（第三层护罩）。不过这个不是我们现在要讨论的。要点在于核燃料现在确实已经冷却下来了。因为链式反应早就已 经停止，所以目前只有非常少量的余热在产生。已经使用了的大 量冷却水可以带走这些余热。因为是注入了大量的水，所以目前 核心已经无法再产生足够的热量去大幅度提升压力。并且，海水 中加入了硼酸。硼酸是一种“液体控制棒”。无论
16、发生什么样的 衰变，硼都可以捕获产生的中子并进一步加速核心的冷却。福岛核电站曾经十分接近核心融化。但是，目前最坏的情况已被 避免：如果没有将海水注入，那么操作员就只能继续旋松阀门以 释放压力。第三层护罩必须完全密封，以避免其中发生的核心融 化泄漏出任何的放射性物质，然后会经过一段等待期，等待护罩 内的裂变副产品完成衰变，所有的放射性粒子会附着在护罩内 壁。冷却系统最终会被恢复，融化的核心也会冷却至一个可控的 温度。护罩内部会被清理。然后需要做一项棘手肮脏的事情 将融化了核心移出，将凝固了的燃料棒及燃料一块一块地装入运 输装置，运送到核废料处理厂进行处理。根据损坏状况，核电站 的这块区域需要进行修理或是彻底拆除。核反应堆内的第一类放射性物质就是燃料棒中的铀元素，及放射 性副产物铯和碘同位素。这些物质都在燃料棒内部。而除此之外，还存在第二类放射性物质，产生于燃料棒外
