详解日本福岛核事故与切尔诺贝利事故显著不同

链接：http://tech.sina.com.cn/geo/science/news/2011-03-18/0821695.shtml

2011年03月18日 08:21

                               
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这里显示的是切尔诺贝利核电站4号反应堆的控制室。反应堆的设计、风的模式、经验交流和其他因素，会导致核事故的严重程度出现很大不同。（图片提供： Gerd Ludwig, National Geographic）

　　
新浪环球地理讯 北京时间3月18日消息，据美国国家地理网站报道，几十年来，只要提到三哩岛和切尔诺贝利这些字眼，人们立刻就会想起核电站出故障引发的大灾难。上周日本发生致命地震和海啸后，紧接着福岛第一核电站又出现问题。目前尚不清楚这次核事故会造成多达损失，这里的6座反应堆，有4座接连出现故障，它们在4天时间里连续发生3次爆炸，导致2个安全壳被毁(可能是由乏燃料棒过热引起)，产生的放射物对继续留在那里的50名工人构成威胁。然而，这也已经暴露出当前福岛核事故与1979年美国宾夕法尼亚州哈里斯堡附近发生的三哩岛事故，以及7年后乌克兰发生的切尔诺贝利核泄露事故之间存在的显著不同。
　　

反应堆类型
　　日本福岛第一核电站从20世纪70年代开始运营，它由6座沸水反应堆(BWRs)组成。沸水反应堆是轻水反应堆中的一种，它用普通水作为冷却剂和慢化剂，这不同于重水反应堆，后者用氧化氘(或称D20)而非H20作为冷却剂。电力企业赞助的非营利组织美国电力研究所(EPRI)核能部副总裁尼尔·威姆舒斯特解释说，三哩岛利用另一种类型的轻水反应堆，即压水反应堆(PWR)。这两种反应堆都把水当作冷却剂和慢化剂，用来给核燃料降温和减慢裂变反应向外释放中子的速度。压水反应堆是反应堆冷却剂(水)保持在不发生整体沸腾的压力下运行的反应堆。这意味着反应堆里的水温可以超过沸点，但不会产生大量蒸汽。这样反应堆堆芯就能在更高的温度下运转，热量能更有效地转移走。沸水反应堆在温度更低的环境下运行，这种反应堆一般更简单，组成部分更少。
　　切尔诺贝利使用的是压力管式石墨慢化沸水反应堆(RBMK)，这种反应堆也把水当作冷却剂。但是跟轻水反应堆不同，压力管式石墨慢化沸水反应堆把石墨当作慢化剂。据总部设在伦敦的世界核协会说，尽管俄罗斯目前还有几座压力管式石墨慢化沸水反应堆仍在运行，但是世界上的其他动力反应堆没有像切尔诺贝利一样，把石墨慢化剂和水冷却剂结合在一起使用的。现在美国的大部分核反应堆都采用沸水反应堆或压水反应堆技术，威姆舒斯特和美国电力研究所称，这两项技术“相当安全”。这两种反应堆都有自动调节能力，或称负反馈环：当反应堆变得太热时，裂变反应速度就会变慢，能量减少。而压力管式石墨慢化沸水反应堆“具有正反馈”，温度越高，产生的能量就越多，产生的能量越多，温度就会升的越高。
　　
事故原因
　　威姆舒斯特表示，从事故原因来说，福岛核事故的直接罪魁祸首显然是地震引发的海啸，因为这座核电站在遇到地震时会自动关闭。海啸袭击1小时后，福岛核电站的基础设施被毁。因此，虽然地震已经削减了反应堆的额外能量供应(这是确保冷却液泵正常工作所必须的)，但是海啸摧毁了柴油机备用的发动机，而这是为冷却系统提供能量必不可少的。电池最多只能提供8小时能量。因此他们只能用移动式发电机代替。大卫·洛克博姆领导了美国忧思科学家联盟的核安全项目，并在美国3座规模类似日本通用电气工厂的核电站工作。他表示，目前还不清楚事情的进展会引发什么样的后果。
　　据1979年有关三哩岛事故的凯莫尼委员会(Kemeny Commission)报告说，“是设备故障导致事故发生”，但是“操作者的失误”也是“导致此次事故的主要原因”。紧急制冷系统被错误关闭，引发一系列非常可怕的后果。该报告发现，如果在事故的早期阶段操作员(或者负责监管的人)能确保紧急制冷系统继续运行，可能三哩岛核事故就会是一次“相对比较轻的事故”。威姆舒斯特表示，乌克兰切尔诺贝利核泄漏事故是由一次“考虑不周的安全检测”造成的。据联合国最近公布的一份报告显示，突然输入大量能量导致蒸汽爆炸，炸毁了反应堆容器。这促使“燃料和蒸汽进一步发生反应，最终摧毁反应堆堆芯，使反应堆厂房结构严重受损。”
　　
深入了解
　　三哩岛和切尔诺贝利核事故过去已有几十年，现在我们对它们的反应堆里发生的情况有了更多了解。正如彼得·布拉德福这周说：“在三哩岛事故发生三天后我们认为我们已经弄清楚的事情，结果证实都是错误的。”发生三哩岛灾难时，他正在美国核管理委员会(NRC) 工作。他表示，燃料的熔融程度，甚至是第一天防泄漏系统里发生的氢气爆炸的真相，虽然几十年过去了，现在人们仍没查出结果。他说：“目前我们还不清楚的信息包括方方面面。”
　　据1979年凯莫尼报告说，三哩岛事故发生的前几分钟，100多个警报突然响起，但是该电站没有哪种系统能把这些重要信号从其他无关紧要的信息里查找出来。美国核管理委员会成员写道：“在一种快速变化的复杂的事故环境下，人和机器之间的互动并未引起人们的注意。”布拉德福表示，与之相反，当前的计算机化和先进的信息传输技术，使得日本官员能够更好地了解福岛核电站的4个出故障的反应堆内发生的情况，至少从理论上说是这样。
　　
防泄漏系统
　　跟三哩岛核电站一样，福岛反应堆有3道屏障用来防止核泄漏，其中包括核燃料周围的金属覆层、反应堆压力容器和安全壳。威姆舒斯特表示，切尔诺贝利核电站没有安全壳。一旦放射物泄漏到大气里，会对很大范围造成污染。洛克博姆说：“放射物的污染水平并非呈线性。离得远受到的污染并不一定就越低。”其他因素中，盛行风能决定放射物会污染哪些地区。在切尔诺贝利事故中，距离该核电站大约100英里(160.93公里)处的放射水平，比距离它仅有10或20英里(16.09公里到32.19公里)处的放射水平更高。
　　埃德温·莱曼说：“切尔诺贝利污染模式非常反常。”放射物会被释放到“很高很高的地方，这是反应堆和石墨起火的自然特性”。当石墨起火燃烧10天时，在长时间的喷发期，天气会不断发生变化。风会把放射性气体和微粒带入大气，传播到很远后，才降落下来。三哩岛核事故释放的放射物的量较少，没发现对公众健康有什么影响。按照国际核事故分级标准，三哩岛事故被评定为5级，影响不只局限在局部地区。切尔诺贝利核泄漏事故被评定为最高级7级，它释放的放射物影响了数千人。福岛事故被评定为4级，只对局部地区产生影响。不过目前还不清楚以后它的级别会上升多少。距离福岛核电站180英里(289.68公里)的东京，15日的最高辐射剂量是正常水平的23倍。但是一天后该地的辐射剂量降至正常水平的10倍。
　　
辐射剂量
　　据美国核管理委员会说，美国每年由自然和人造源(例如医学仪器和消费产品)产生的平均辐射剂量是620毫雷姆(mrem)。1毫西弗(mSv)相当于100毫雷姆。日本劳动和福利健康部(Japanese Ministry of Health Labor and Welfare)16日把工人允许接触的最大辐射量从原来的100毫西弗提高到250毫西弗。据美国核能研究所(NEI)说，15日晚上该核电站的辐射量达到每小时1190毫雷姆，不过6个小时后下降到每小时60毫雷姆。
　　据联合国报告和美国核管理委员会说，切尔诺贝利核泄漏事故导致事发当天早上在现场的600名工人中有134人患上急性放射性疾病，他们接触的最高辐射剂量到达8万到160万毫雷姆。这些人中，有28人在3个月内死亡。另有两人死于烧伤和接触放射物。据世界卫生组织，最终可能有4000人因接触切尔诺贝利核电站释放的放射物死亡。从公共卫生方面来看，切尔诺贝利核泄漏事故产生的最大影响，是导致甲状腺癌在儿童和青少年间流行起来，到目前为止已经有超过6000人罹患该病，这与饮用被污染的牛奶有关。
　　
经验交流
　　威姆舒斯特表示，现在世界核电行业已经都“聚集到一起”，分享他们掌握的核电知识，努力帮助福岛渡过难关。目前该产业内部的交流明显比三哩岛和切尔诺贝利核事故发生时更多。当然，在核危机时进行交流必须要跨行业，在这方面东京电力(Tepco)将会受到严厉批评。国际原子能机构总干事天野之弥(Yukiya Amano) 15日要求日本相关人员必须进行更积极有效的交流。据日本共同社说，日本首相菅直人(Naoto Kan)在一次会议上严厉批评了东京电力的行政人员，原因是他是通过电视了解到这次爆炸事故，而不是东京电力打电话告诉他的。据说他想要知道“到底发生了什么事情？”
　　在三哩岛事故期间，官员试图安定民心，让他们相信“危险已经过去”，即使在冷却反应堆和加固核电站的努力均被证明毫无成效时，他们仍在继续自圆其说。在切尔诺贝利核事故中，消息很难像Twitter的消息传播速度。总部设在伦敦的世界核协会认为，切尔诺贝利事故是“冷战孤立政策和缺少相关安全文化的直接结果”。美国环境保护署(EPA)在1986年发表的关于切尔诺贝利事故的论文里写道：“最初切尔诺贝利事故是个秘密。”事实上，有较大规模的核事故发生的最早证据是在瑞典发现的，有人在该国核电站的工人衣服上发现放射性微粒，这促使人们开始寻找放射物来源。第二天，苏联新闻社证实切尔诺贝利核电站发生事故，但是并未提供详情。“由于得不到任何消息，各种流言慢慢出现。”
　　随着日本核事故不断升级，该国官员因为低估了逐渐升级的威胁而遭到猛烈攻击。能源与环境研究所所长阿尔琼·梅基耶尼批评日本government的“工作就像一部标准核工业剧本，标题是‘什么？这也用担心！’” 梅基耶尼要求“对潜在的受损程度和结果进行实事求是的评估，知道就是知道，不知道就是不知道，不要弄虚作假。”这样公众才能更相信官方声明。他说，事实上“有关低辐射水平的口头声明正好与不断扩大的撤离范围形成鲜明对比。”
　　据《华尔街日报》报道，日本government也在抱怨东京电力公布消息的速度太慢。忧思科学家联盟全球安全项目物理学家和核能控制研究所前所长莱曼15日在与记者的通话中说，东京电力的简报变得“透明度越来越低”。他说：“很显然日本公布消息的数量很不规律。”不过他们正在努力寻找事故原因的事实，或许是这最好的解释。忧思科学家联盟的核专家艾伦·范库说：“显然人们的猜疑心理越来越重。”莱曼说：“我们关心的是美国和其他国家的核工业不会努力掩饰这些。” 福岛第一核电站是“核电历史上发生的最严重的一次事故。”