福岛危机二、三事

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1、福岛危机二、三事上海市核学会申森许道礼2011年3月11日，日本东北部发生里氏9.0级大地震，引发海啸，导致福岛核电厂失去全部电源，核反应堆失去冷却，高温导致氢气爆炸，进而发生大量放射性物质释放、20公里内居民撤离的巨大危机，事故至今已有一个多月，还没有显现彻底解决的曙光，似乎每天都有新情况，步步走得都惊心。那么这场危机究竟怎么会发生的？它将走向何方？危机何时才是尽头？都是“余热”惹得祸大家知道，核电厂发电利用的是核裂变反应产生的热量。在反应堆中核燃料铀受到中子轰击后会裂变成两个较小的原子核，同时释放出2.6个中子用于下一次的核裂变，还会释放热量。事实上每次裂变生

2、成的两个较小的原子核并不都是相同的，因此在反应堆中核燃料铀裂变后会产生上百种元素，而且这些裂变产物绝大多数是很不稳定的同位素，它们会不断通过辐射和释放能量（热），最终趋向稳定，这个过程叫做衰变。这个衰变过程从反应堆开始运行就伴随着了的，在反应堆满功率运行时它的发热率约占总功率的10%多。反应堆停堆后，核裂变反应生成的热量没有了，但衰变热不会停止，虽然新的衰变不会产生了，但已有的衰变仍要持续下去。一般来说，裂变终止后10秒，衰变能量（余热）为反应堆满功率的7%左右，10分钟后降至3%左右，1天后降至1%以内，之后，衰变能量以很低的速度继续下降，但会长期持续，因为有的

3、同位素其半衰期达数千年甚至上万年。福岛核电厂危机的本质就是衰变热的冷却问题。当地震来临时核电厂进行了自动停堆，核裂变反应就停止了，由于外电网被地震破坏，电厂就自动启动了柴油发电机来带动反应堆余热冷却系统，此时电厂处于正常的停堆后余热带出冷却状态。然而之后巨大的海啸，将电厂所有的柴油发电机都淹了，这样堆芯和乏燃料池中的燃料棒就失去了持续的冷却。以福岛1号机组为例，它的电功率是46万千瓦，是6个机组中最小的，其反应堆热功率至少也要达到140万千瓦，如以1%计，衰变中的核燃料就像一个14000千瓦的大火炉，不停燃烧升温。如果不冷却，堆芯会在被加温至数千摄氏度后融化，继而

4、融毁压力容器。期间在1000多度时还会由于燃料棒包壳材料锆与水进行反应生成大量氢气，这些氢气积聚到一定数量就会发生爆炸。而在乏燃料池中，乏燃料的衰变也在不断进行，因此也需要冷却，否则也会因为高温损坏，释放出放射性物质。温度进一步上升也可能导致氢气产生，从而发生氢气爆炸事故。从福岛核电厂1至3号机组都发生过氢气爆炸、大量放射性释放来看，它们的反应堆至少已经历过1200多度以上的高温，燃料棒损坏情况是很严重的。“封堆”不是办法日本福岛核电厂的核泄漏问题进入了漫长的后续处理阶段。有不少人建议，为了不让放射性物质释放出来，应像当年的切尔诺贝利一样进行“封堆”。所谓封堆，是

5、为了防止核辐射的继续扩散，用可以吸收阻挡核辐射的材料，将核电厂完全封死。一般是用直升机从空中浇筑水泥的方式，为废弃的核电厂造一个四四方方、密封的“石棺”，连底部也要铺设一层石板，防止核辐射物质向土壤渗透，封堆后还需要不断维护“石棺”的完好。显而易见，封堆的人力物力投入都非常巨大。对于日本福岛核电厂来说，就算最后采取封堆策略，现在还远未到实施的时候。因为目前核电厂乏燃料池和堆芯中的燃料冷却方法都是不得已的方法，一有风吹草动就可能出现反复，这样仓促封堆的话，如果反应堆或乏燃料池中的燃料冷却得不到保障，内部热量不断聚集，反而可能造成进一步的燃料熔化甚至产生爆炸（是常规爆

6、炸而不是核爆炸）。因此福岛核电厂当务之急是给乏燃料池和堆芯中的燃料找到一种稳定的、可靠的长期冷却手段，使这些燃料处于安全的充足的冷却状态，同时还必须对厂区内和周围环境中各类放射性物质进行清理，使它们置于可控状态，不再发生对环境的失控排放。这也给工作人员进行相关抢险作业创造了条件，在这样的条件下才可考虑逐步将损坏的燃料取出，再采取封堆或者其他彻底的处理办法。“30公里”还是“80公里”如果某一天，核泄漏事故真的发生在我们身边了，应该采取什么措施呢？首先就是尽量远离释放源，撤离到安全区域。这次福岛核电厂事故发生后，日本政府划定30公里的安全线，而美国有的专家提出应撤退

7、80公里。那哪个更合理呢？通常情况下，这个距离是由政府和核安全管理部门根据放射性释放的强度和可能持续的时间以及气象条件等情况，经过分析计算得到的。这次日本政府提出三十公里安全线就是说明三十公里外是安全的。从理论上来说，当然是越远越安全，但除了考虑事故的危害程度，确保人们安全外，还必须考虑当时当地的国情。在辐射防护领域有一个ALARA原则（AsLowAsReasonablyAchievable），所谓“合理可行尽量低”。日本的现状是地震灾害、交通瘫痪、房屋倒塌，如果让民众向几百公里以外撤离，将对救灾造成更大的困难，是不切实际的。因此当初日本政府提出三十公里安全线是合

8、理的，而美