吳宜燦

（中國科學院等離子體物理研究所 合肥 230031）

1 福島核電站事故進程回顧

日本福島核電站是目前世界上最大的核電站之一，由福島一站、福島二站組成，共有10臺機組(一站6臺，二站4臺）。福島一站的核反應(yīng)堆均為沸水堆，由美國通用電氣公司（GE）設(shè)計，東京電力公司負責運營，于上世紀70年代先后建成投入運行，屬于第二代核電技術(shù)的反應(yīng)堆[1]。

2011年3月11日，日本東海岸發(fā)生9級強烈地震并引發(fā)了海嘯。地震發(fā)生時，福島第一核電站的1、2、3號機組正在運行，4號機組正在換料大修，5、6號機組正處于定期停堆維修狀態(tài)。地震發(fā)生后，反應(yīng)堆實現(xiàn)自動“停堆”。由于地震摧毀了外部電網(wǎng)，備用柴油發(fā)電機啟動為應(yīng)急冷卻系統(tǒng)供電以排出余熱。但隨后地震引發(fā)的強海嘯淹沒了柴油機廠房，核電廠失去了全部交流電源，無法為堆芯提供冷卻水,堆芯余熱無法排出。壓力容器內(nèi)的水大量蒸發(fā)，燃料組件逐漸裸露出水面，包殼開始熔化。燃料棒的鋯合金包殼與高溫水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣。同時，由于燃料包殼破損，放射性核素（如碘-131和銫-137等）從燃料棒中逸出。

為防止安全殼超壓失效，1、2、3號機組安全殼泄壓閥門先后被開啟泄壓，氫氣伴隨著部分放射性物質(zhì)釋放到反應(yīng)堆上部維修廠房，先后發(fā)生了氫氣爆炸，導(dǎo)致放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中。而4號機組的乏燃料池由于無法冷卻，導(dǎo)致卸出的燃料包殼熔化發(fā)生鋯水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣而引發(fā)火災(zāi)，部分放射性物質(zhì)外泄。隨后，利用消防水管、直升機、消防車等向反應(yīng)堆和乏燃料池注入海水冷卻，這也致使反應(yīng)堆及汽輪機廠房地坑內(nèi)積累了大量放射性廢水。3月22日，外部電源恢復(fù)后采用淡水對反應(yīng)堆進行循環(huán)冷卻，機組狀態(tài)趨于穩(wěn)定。4月6日，日本政府批準東京電力公司向海水中排放了1萬余噸超標500倍的放射性廢水。4月12日，日本原子能安全保安院宣布，福島第一核電站泄漏的放射性活度達到3.7×1017Bq，將此次核事故等級定為7級[2]。

福島第二核電站在地震發(fā)生后自動停堆，并于3月15日達到冷停堆狀態(tài)，此次事故被日本原子能安全保安院定義為3級。

2 事故原因分析

縱觀本次福島核電站事故的進程，可以說導(dǎo)致目前堆芯熔化和放射性物質(zhì)大量外泄的主要原因是極端外部事件及其疊加效應(yīng)，同時早期反應(yīng)堆設(shè)計理念存在缺陷和后續(xù)人為處理不當也加重了事故后果。根據(jù)目前各類報道中獲得的信息，從以下3個方面對事故主要原因進行簡要分析：

2.1 自然因素：強海嘯遠超設(shè)計標準

為確保核電站的安全，在反應(yīng)堆設(shè)計建造時設(shè)置了一系列安全設(shè)施，用來實現(xiàn)緊急停堆、排出堆芯余熱以及包容放射性物質(zhì)。如果實現(xiàn)了這三條原則，即使發(fā)生事故，也不會對環(huán)境造成影響。地震發(fā)生后福島核電站實現(xiàn)了緊急停堆，并及時啟動了應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)，安全殼保持完好而沒有出現(xiàn)放射性物質(zhì)外泄。但隨后到來的海嘯摧毀了為應(yīng)急冷卻系統(tǒng)提供電力的柴油發(fā)電機，堆芯由于余熱無法排出而熔化。第一核電站廠區(qū)應(yīng)急柴油發(fā)電機位置高度為13米，而海嘯到達廠區(qū)時高度約14米，這一情況直接導(dǎo)致了應(yīng)急柴油發(fā)電機廠房被淹[3]，柴油發(fā)動機停止工作，造成失去廠內(nèi)外所有交流電源而使堆芯由于得不到及時冷卻而熔化，顯然遠超設(shè)計標準的海嘯是此次福島核電站事故的主要原因之一。同時，9級地震及海嘯對周邊地區(qū)交通、電力等基礎(chǔ)設(shè)施造成的嚴重破壞導(dǎo)致廠外電源直到地震后10天才恢復(fù)[3]，恢復(fù)時間之長也遠遠超出設(shè)計考慮。

2.2 技術(shù)因素：設(shè)計方案和理念存在缺陷

現(xiàn)代核電站設(shè)計中主要考慮的事故包括設(shè)計基準事故和超過設(shè)計基準的嚴重事故，對前者要按確定的準則設(shè)計應(yīng)對性措施，對后者則要認真考慮事故后果緩解措施。福島第一核電站采用美國最早的商用核電站技術(shù)[4]，其設(shè)計與建造完成于美國三里島核電站事故之前，當時對嚴重事故以及復(fù)雜事故序列還沒有清晰的認識，預(yù)防和緩解嚴重事故的安全措施不足。例如采用的干濕井分開的MARK-I型安全殼設(shè)計是有爭議的[5]，其干井體積過小升壓迅速，氫氧復(fù)合系統(tǒng)不夠完善，最終導(dǎo)致了廠房頂部的氫氣爆炸。事實上，從上世紀80年代開始，美國已對本國采用MARK-I型安全殼設(shè)計的沸水堆進行了一系列的安全改造，例如添加備用柴油機和移動式水泵、添加更多的備用電池、強化濕井結(jié)構(gòu)等措施。在后來設(shè)計的先進沸水堆核電站中采用了空間更大的一體化安全殼設(shè)計[6]。另外作為早期的第二代堆技術(shù)，福島核電站堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)必須依賴交流電源才能工作，最終也因備用發(fā)電機的破壞導(dǎo)致堆芯熔化。

2.3 管理因素：運營公司核安全文化差、政府監(jiān)管及應(yīng)對不力

東京電力公司作為日本最大的私營核電企業(yè)，在處理本次事故時表現(xiàn)出猶豫、慌亂、效率低下與缺乏專業(yè)素質(zhì)，將電站延壽和恢復(fù)發(fā)電而不是安全作為事故處理措施的首要考慮因素。例如：在同時面對電網(wǎng)全面癱瘓和應(yīng)急柴油機無法工作，而且修復(fù)時間不可預(yù)料的情況下，未斷然采取積極措施（如在第一時間向堆芯注入海水）對堆芯進行有效冷卻，最終導(dǎo)致堆芯熔化和大量放射性物質(zhì)外泄的后果，說明公司對事故嚴重程度估計不足而心存僥幸；1號機組廠房氫氣爆炸破壞后，公司雖判斷出是發(fā)生了氫氣爆炸，但沒有能及時采取預(yù)防措施、從而未能預(yù)防并阻止其他機組的連續(xù)類似氫爆事故發(fā)生；在測量2號機組內(nèi)積水的放射性活度時，前后兩次數(shù)據(jù)結(jié)果竟然相差上百倍，說明了公司工作人員技術(shù)素質(zhì)不夠。事實上，東京電力公司在之前的核電廠安全運行管理上就存在不規(guī)范，曾多次篡改安全記錄，并隱瞞了該公司1978年發(fā)生過的核反應(yīng)堆事故，也證明了運營公司總體上安全意識和專業(yè)素質(zhì)薄弱。

另外，1號機組到2011年初已運行40年，已到退役時間，但東京電力公司為了追求經(jīng)濟利益申請將機組延壽，政府監(jiān)管部門面對這樣一個安全運行記錄有前科的公司，并沒有嚴格要求其對機組進行全面的安全檢查和整改就同意其延壽運行，留下了安全隱患。事故發(fā)生后，日本首相要求負責核電站運行的運營公司全權(quán)負責事故的處理與搶救工作，日本自衛(wèi)隊等外界力量開始并未參與到救援工作中來，之后雖參與進來但對救援工作所起作用十分有限。更為嚴重的是，日本政府未事先向國際社會與周邊鄰國通報，就批準運營公司向海里排放上萬噸超標500倍的放射性廢水，違反了核安全國際法律和制度。

3 事故后果分析

福島核電站事故的影響是多方面的。以下簡要闡述一下截至目前事故對環(huán)境、公眾健康以及社會經(jīng)濟的影響。

3.1 對電站自身的影響

由于事故處理過程中向反應(yīng)堆注入了海水進行冷卻，對反應(yīng)堆主要部件造成腐蝕，各受損機組重新啟用的可能性已經(jīng)微乎其微，東京電力公司董事長在接受媒體采訪時也表示，廢棄1—4號機組可能是唯一選擇。4月17日，東京電力公司公布了事故處理計劃時間表，表示使事故反應(yīng)堆及乏燃料池完全冷卻需要大約6—9個月時間，而用鋼筋混凝土對反應(yīng)堆進行封蓋處理可能將成為防止放射性物質(zhì)長期擴散的最終處理方式，而廢棄反應(yīng)堆的相關(guān)處理費用巨大，具體數(shù)額目前尚無法估計。

3.2 對環(huán)境的影響

在事故發(fā)生后的 3月 15—17日和22—23日，福島電站周邊的輻射劑量出現(xiàn)了短暫的峰值，到3月23日之后，隨著反應(yīng)堆狀態(tài)的穩(wěn)定，電站周邊的輻射劑量率逐漸下降。據(jù)4月29日日本文部科學省公布的劑量檢測結(jié)果[7]，福島第一核電站20km外的最高劑量率為17.3μSv/h，此處的累積劑量達到了20mSv以上，這一劑量大約是核電廠從業(yè)人員平均每年允許的輻射劑量限值。距福島電站200km外的東京5月1日已檢測不到放射性碘-131和銫-137，劑量率水平約0.08μSv/h，這已十分接近東京本底劑量（0.028μSv/h—0.079μSv/h）。 距離福島電站海岸線30km以外的海水中的碘-131與銫-137的放射性活度分別不超過15Bq/l和60Bq/l,而國際食品法典委員會規(guī)定的食品中規(guī)定的碘-131與銫-137參考上限分別為100 Bq/kg和1000 Bq/kg[8]。隨著放射性核素的擴散，福島周邊部分蔬菜、牛奶和飲用水也一度檢測出放射性物質(zhì)超標。

3.3 輻射對公眾健康的影響

當人體接受的照射劑量低于250mSv時，無臨床癥狀；照射劑量接近或高于1000 mSv時，才會出現(xiàn)急性放射性疾病，有惡心、嘔吐及可能發(fā)生骨髓綜合癥表現(xiàn)[9]。劑量不高時，機體可以通過自身的代謝過程對受損傷的細胞或局部組織進行修復(fù)。福島事故發(fā)生后，放射性核素先后已在北半球多個國家的空氣中檢測到，但是檢測出的量極低，世界衛(wèi)生組織已明確表示對其他國家民眾暫不構(gòu)成健康風險[10]；排放到海洋里的放射性物質(zhì)被稀釋，其污染持續(xù)時間有限且局限在福島附近的海域，對我國不會產(chǎn)生影響。目前東京地區(qū)的輻射量已降低到天然本底水平，福島電站30km范圍處也基本降低到1μSv/h的水平，在此劑量下不會導(dǎo)致放射性疾病。3名參與核電站搶險的工作人員因防護不當，受到較高輻射，其中兩名因腳部浸泡和接觸高活度放射性廢水而發(fā)生局部皮膚放射損傷；后期參與搶險的隊員，累積受照射劑量不超過250mSv，不太可能產(chǎn)生輻射損傷的癥狀。目前尚無其他急性放射損傷及核輻射導(dǎo)致死亡事件的報道。

福島核電站事故雖與切爾諾貝利核電站事故屬同級別，但目前福島電站泄漏的放射性活度要低一個數(shù)量級，同時日本政府采取了防護措施如及時組織電站周圍人員疏散至安全地區(qū)等，也大大減少了核輻射對公眾的危害。根據(jù)目前獲取信息分析，福島核事故對人類健康的危害將遠低于切爾諾貝利核事故，但其潛在的遠期危害還需要未來長期的跟蹤調(diào)查研究。

3.4 對社會經(jīng)濟的影響

福島核電站事故發(fā)生后，對日本社會產(chǎn)生了不容忽視的影響：福島電站周邊居民被迫疏散，且未來很長一段時間可能無法返回家園；隨著部分核電站關(guān)停，電力供應(yīng)出現(xiàn)缺口，日本對部分地區(qū)進行了限電；同時，對事故的處理和應(yīng)對不力導(dǎo)致日本國家形象和企業(yè)信用受損；事故帶來上述社會影響的同時也引起了股市下跌；受到放射性的影響，日本出口行業(yè)損失慘重；這一系列連鎖反應(yīng)必將導(dǎo)致巨額經(jīng)濟損失，但具體數(shù)額目前尚無法估計。

福島核電站事故同樣引發(fā)世界范圍內(nèi)的社會恐慌，在中國和日、美、法等國分別發(fā)生搶購碘鹽和碘片的現(xiàn)象。同時，此次事故在一定的時期將對世界核電的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。世界各國紛紛對正在運營的核電站開展進一步的安全檢查與防范措施，同時暫停實施部分核電站延壽計劃，以及調(diào)整核電發(fā)展規(guī)劃。

4 啟示與思考

4.1 設(shè)計理念與核電技術(shù)

堅持“安全第一”的前提下，逐步使用更先進的核電技術(shù)。福島第一核電站采用的沸水堆不具有“非能動”安全性，遇緊急情況停堆后，須啟用備用電源驅(qū)動冷卻水循環(huán)散熱。但極端嚴重災(zāi)害（外部事件）及其疊加會導(dǎo)致堆芯失去強迫冷卻手段，最終導(dǎo)致堆芯熔化和放射性泄漏。我國目前投運和在建的核電機組主要是采用安全性好的改進型第二代堆技術(shù)，第三代堆也已開始建設(shè)，第四代堆和更加先進的反應(yīng)堆 （如次臨界堆、聚變堆）等技術(shù)研究也取得了可喜的進展。先進反應(yīng)堆設(shè)計充分采用“非能動”安全系統(tǒng)，一旦遭遇緊急情況，不需要依靠交流電源和應(yīng)急發(fā)電機，僅利用自然循環(huán)、重力等自然物理現(xiàn)象與原理就可驅(qū)動核電廠的安全系統(tǒng)，帶走堆芯余熱，從而保證核電站處于安全狀態(tài)。逐步使用更先進的核電技術(shù)是必然的選擇，但仍然必須堅持核電“安全第一”的宗旨，在新舊核電技術(shù)及機型的選擇上應(yīng)持有全面客觀評價和謹慎選擇的態(tài)度，勇敢果斷淘汰落后技術(shù)的同時，要積極謹慎地推動技術(shù)創(chuàng)新。

4.2 核安全管理

完善核事故應(yīng)急體系，全面加強核應(yīng)急能力。日本政府和東京電力公司屢屢貽誤以最小代價解決此次核電事故的關(guān)鍵時機，顯示了日本對于核災(zāi)難的應(yīng)急方案準備嚴重不足，應(yīng)急能力差。需進一步提高環(huán)境監(jiān)測能力和重大核事故的處理能力，全面加強中央、地方政府與運營公司之間統(tǒng)一的協(xié)調(diào)、指揮及決策能力、各種應(yīng)急資源的調(diào)動能力、事故處理專家的支持能力和核電廠自身現(xiàn)場搶險能力。

建立自檢、互檢、專檢的“核安全三檢制”和信息公開監(jiān)督制度，建立信任檔案并加大執(zhí)法問責力度。建立完善的國家核安全法規(guī)體系是國家監(jiān)管的基礎(chǔ)，條件成熟時要盡快建立和實施國家核能基本法，作為制定行政法規(guī)、條例、規(guī)定、導(dǎo)則和標準的主要依據(jù)。在進一步加大國家核安全監(jiān)管力度的同時，強化核電企業(yè)自檢的意識，并引入企業(yè)間定期安全互檢的機制，達到相互學習相互促進的目的，同時提高核安全信息的透明度，接受社會的廣泛監(jiān)督。在此基礎(chǔ)上，建立信任檔案并加大執(zhí)法工作力度，對于安全事故瞞報、遲報、漏報，要嚴肅追究相關(guān)單位和人員責任并永久記錄信任檔案。

加強和重視多重極端災(zāi)害的安全評估和應(yīng)對措施的監(jiān)督管理。自然災(zāi)害難以預(yù)期也難以阻止，但可以通過在核電站設(shè)計和建造之初重視和加強多重極端災(zāi)害的安全評估工作，在結(jié)合我國廠址實際條件的基礎(chǔ)上改進和完善我國核電廠防范各種自然災(zāi)害的安全管理監(jiān)督措施盡最大可能預(yù)防并減輕其危害。同時，還要針對沿海與內(nèi)陸廠址特別是多堆廠的具體特點，制定相應(yīng)的安全管理與維護措施。

4.3 核能發(fā)展戰(zhàn)略

福島核電站事故發(fā)生后，世界各國紛紛重視評估自己的核電政策。中國國務(wù)院常務(wù)會議要求暫停審批新的核電項目，同時立即組織對我國核設(shè)施進行全面安全檢查。目前中國作為世界上最大發(fā)展中國家對于能源需求增長基本為剛性的，核電是目前可預(yù)見的唯一可大規(guī)模替代化石能源的清潔能源，與其他非化石能源相比，核電技術(shù)可大規(guī)模、高密度提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。而且全球核能經(jīng)過了近幾十年的發(fā)展，在先進反應(yīng)堆設(shè)計理念、關(guān)鍵技術(shù)、安全文化、監(jiān)督管理方面都有了質(zhì)的提高，更先進更安全的堆型不斷推出并開始建造。筆者認為我國堅持安全高效發(fā)展核電的大趨勢不會因為本次事故而改變,也不應(yīng)動搖。事故發(fā)生后，美、俄、法等核電大國也明確表示堅持發(fā)展核電政策的態(tài)度，說明各國在對待核能問題的認識上日趨理性。

與其他核電大國比，我國核電技術(shù)起步遲，但總體起點較高，近年來展現(xiàn)出了技術(shù)多樣化趨勢，這為長期發(fā)展建立了基礎(chǔ)，但也提出了如何優(yōu)化選擇技術(shù)路線的新課題。筆者認為目前核電應(yīng)用應(yīng)以經(jīng)過大量實踐證明的安全保守技術(shù)為主，不宜將關(guān)系國計民生的核電市場作為試驗場，而以發(fā)展和積累未來核能新技術(shù)為目的的基礎(chǔ)研究則應(yīng)多樣化，并加大投入以掌握未來發(fā)展的戰(zhàn)略先機，例如加緊研究和開發(fā)更加安全的先進核反應(yīng)堆設(shè)計與建造技術(shù)、核燃料的高效利用技術(shù)和核廢料的永久處置技術(shù)等。

4.4 核安全文化與教育

福島核電站事故給核安全文化發(fā)展敲響了警鐘，一座核電廠能否安全、可靠、經(jīng)濟地運行，不僅取決于所采用的設(shè)計和技術(shù)，而且與建造的質(zhì)量、建成后的運行管理、操作人員的專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平密切相關(guān)。任何事故的防范及后果不僅取決于事先制定應(yīng)對策略，而且取決于對應(yīng)急計劃的執(zhí)行態(tài)度和執(zhí)行能力。因此，核電營運單位和管理機構(gòu)應(yīng)該高度重視全體員工的核安全文化建設(shè)，真正樹立“安全第一”、“質(zhì)量第一”的意識，確保核電廠的安全穩(wěn)定運行，在任何可預(yù)期的極端外部條件下也不危害環(huán)境和公眾的健康。

近年來，中國核電建設(shè)速度很快，具有實際運行和管理經(jīng)驗的核電人才迅速稀釋，一些承擔重要崗位工作的人員培訓時間和經(jīng)驗積累相對有所減少，對所在崗位的工作認識不夠，致使把握和應(yīng)對緊急或者復(fù)雜事情的能力有限。為了滿足核電單位人才的快速緊急需求，許多大學設(shè)置了核能相關(guān)學科專業(yè)加速培養(yǎng)青年人才，但由于前期投入不夠，師資力量和教學條件有限，如何保證人才培養(yǎng)質(zhì)量也是一項很大的挑戰(zhàn)。

除了加強核電相關(guān)單位職業(yè)人員的教育以保障核能的安全利用外，提高民眾對核能和核安全的認識也是一項巨大而且非常重要的任務(wù)。民眾由于對于核能不了解而充滿了神秘感和恐懼感，由此帶來的社會恐慌有時比直接危害要更嚴重，從這次波及全國的搶購碘鹽風潮就可見民眾對核能和輻射防護知識缺乏基本了解，這種現(xiàn)象不僅影響民眾正常生活，而且影響經(jīng)濟有序發(fā)展，嚴重時還會引起社會穩(wěn)定問題。

福島核電站事故是一個很好的核安全教育及核安全知識普及契機，大量媒體的關(guān)注使得人們對核電的認識更深入了一層，但要使人們從一知半解、提高到理性地對待核電的利益與風險，還要做大量的工作。這不僅需要企業(yè)努力，同樣需要社會的廣泛參與，國家核能有關(guān)機構(gòu)應(yīng)要求企業(yè)和社會有關(guān)部門將公眾核科普教育常態(tài)化、制度化。這種教育不僅能更好地保護民眾健康，也能促進民眾對核能發(fā)展的支持。當然核能要得到長期穩(wěn)定的發(fā)展，最根本的還是要確保其安全有效地應(yīng)用，最終讓事實說服民眾接受和歡迎它。

福島核電站事故作為人類核能和平利用過程中第三次重大核事故，引起各國重新評估核能發(fā)展規(guī)劃，對于核能安全性、經(jīng)濟性和社會效應(yīng)方面提出新的反思。此次事故進展具體情況，東京電力公司并提供的信息有限，本文根據(jù)目前搜集到各類事故信息給出了分析和思考，希望本文能夠拋磚引玉，引起大家討論和思考。

1 Tokyo Electric Power Company.Overview of facility of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station,http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushimanp/index-e.html

2 Nuclear and Industrial Safety Agency.INES Rating on the Events in Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station by the Tohoku District-off the Pacific Ocean Earthquake,April 12,2011.

3 Tokyo Electric Power Company.The Great East Japan Earthquake and Current Status of Nuclear Power Stations,April 25,2011.

4 Daniel Clery.Current Designs Address Safety Problems in Fukushima Reactors.Science,2011,331(6024):1506.

5 Hanauer S H.Pressure Suppression Containments,Atomic Energy Commission,United States,1972.

6 Lahey R T,Moody F J.The Thermal-hydraulics of a Boiling Water Nuclear Reactor,2nd ed.La Grange Park,Ill.,USA:American Nuclear Society,1993.

7 Ministry of Education,Culture,Sports,Science and Technology(MEXT),http://www.mext.go.jp/english/incident/1303962.htm

8 Codex Alimentarius Commission.General Standard for Contaminants and Toxins in Food and Feed(CODEX STAN 193,33-37).

9 劉樹錚.醫(yī)學放射生物學.北京：原子能出版社，2006,7.

10 World Health Organization,FAQs-Japan Nuclear Concerns,Revised:28 April 2011.