一年后反思：日本福岛核事故发生的根本原因有哪些

时间: 2024-10-31 19:05:05 |   作者: 树脂拉链系列

  2011年3月11日，日本福岛第一核电站经历东部海域9.0级大地震后停堆；12日下午，一号机组发生爆炸；3月14日，三号机组发生两次爆炸。日本原子能安全保安院将其核泄漏事故等级提高至最严重的7级，与切尔诺贝利核电站同级。但该机构同时指出，由于福岛第一核电站的爆炸是“化学因素”引起，非核爆炸，因此释放的放射性物质要比切尔诺贝利核电站少。

  根据相关国际组织和东京电力公司的调查与分析，导致福岛核事件的根本原因有以下几个方面：

  图1.日本福岛第一核电站1至5号机使用的典型沸水堆与马克1型围阻体截面图（橘色曲线勾勒出一次围阻体的轮廓，压力控制池在底座周围形成一个环形槽）。

  20世纪60年代，通用电气（GE）开始生产的加压沸水反应堆采用了马克1型围阻体，并使用了建造容易，尺寸较小、造价较为廉价的设计结构。这种反应堆称为“马克1型反应堆”。上世纪80年代后期，通用电气部分内部文件曝光，内容指称马克1型反应堆未经足够测试，存有影响安全的设计瑕疵，导致数家公用事业公司、发电厂经营者曾打算对通用电气提告。由于当时这种反应堆在核能发电产业和监管官员当中的接受度颇高，最终美国核电厂并没有停产“马克1型反应堆”，而是仅仅进行了针对性的改造，增加了排气系统，以便在过热的状况下也能降压。通用电气的设计师未考虑极端自然灾害发生时的风险，例如发生超强地震并伴随海啸。福岛第一核电厂的6座反应堆中，有5座是马克1型反应堆。在冷却系统发生故障的情况下，马克1型反应堆经不起爆炸和氢气膨胀的带来冲击，最终不幸发生了堆芯熔毁的灾难性事故。

  东京电力公司最近重新模拟了福岛反应堆冷却系统功能停止后的事故现场。经分析，该公司确定，当时反应堆外壳结构的温度至少为250℃，远超于正常运行的温度60℃，而压力也远远超出设计值。极高的温度和压力值似乎造成了福岛核电站中的环氧树脂密封贯穿件失灵，并导致易燃的氢气泄漏。通常，环氧树脂或橡胶用在核电站贯穿件密封部分或接口处，在高温、高压作用下，密封部分效用下降，导致氢气泄漏（氢气通过安全壳的贯穿件部分泄漏），从而引发系列爆炸和最终局面失控。电气贯穿件是保障核岛安全的重要安全保护装置，在保证反应堆安全壳结构完整性的同时为安全壳内的设备提供各种电气通路，在反应堆事故工况下，承受一定的压力；密封技术是影响电气贯穿件功效及其安全性的重要的因素。核岛电气贯穿采用环氧树脂密封的较多，70年代至80年代间美国核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission）77-06号公告，IEB82-04公告，86-104和88-29号公告记录过数起因贯穿件密闭性能减弱引发核岛泄露的事故，但常规状态下事故隐患容易被觉察和控制，因此没有引发业界更多关注。东京电力公司对福岛核泄漏事件的分析表明，核电站应用安全保障设备的耐高温性和抗压性需考虑事故和突发事件下的承受力。鉴此，日本Hitachi GE计划2012-2013年期间将下属核电站的电气贯穿使用的环氧树脂封装产品全部替换成耐温和耐压性能更好的无机材料封装。

  图2.东京电力公司2011年6月21日关于福岛核电站1&2号反应堆氢爆炸事故调查推测报告：高温/高压造成密封功能降低，导致氢气泄露（气体通过安全壳贯穿部位泄露，引发爆炸）

  福岛第一核电站一号机组在2011年达到40年的商业运营年限，东京电力公司考虑到经济利益，决定申请一号机组延寿20年。在处理福岛核电事故的过程中，操作员一直在采取比较保守的冷却方式。虽然有机会，但是直到爆炸发生也没有向堆芯内注入硼水。一种原因是不希望反应堆就此报废，一种原因是对反应堆的承担接受的能力抱有侥幸心理。客观的说，操作人员在最大限度保护反应堆，但是没有在最大限度上保护公众的安全。2012年2月19日，日本前首相菅直人接受媒体采访时承认，福岛第一核电站选址错误，并称没有最大限度地考虑大海啸威胁，辐射泄漏是“人祸”。

  日本民间调查机构“福岛核事故独立验证委员会”汇总报告称，核事故发生时首相官邸的应对“手忙脚乱”，“无谓的混乱提高了情况恶化的风险”。2012年3月8日，日本经济产业大臣枝野幸男承认政府在处理福岛核事故时存在信息不畅的现象，影响了核事故的处理进程。

  2011年福岛核事故的发生对世界核电发展无疑是一记警钟，警示人们发展核电工业必须居安思危，未雨绸缪，在设计建设之初就应充分评估各种风险，建成运行之后更应下功夫完善自身核电管理机制、决策机制、缓解措施、应急手段等，在借鉴世界各国经验的基础上，提高自身核电技术的研发能力、加强队伍的管理力度、提高核电站的管理上的水准、强化风险防孔是措施，并注意做好以下四个方面的工作：

  在人类尚未找到更好替代能源之前，发展核电将是解决能源问题的重要选项。目前，我国核电比例与一些发达国家相比比较小，发展核电曾被多方面看好并寄予厚望。针对这种氛围，中科院院士、中科院理论物理研究所研究员在接受各个媒体采访时指出，“我国核电还有很大发展空间，但不应该一哄而上”。日本福岛核事故发生后，世界各国媒体虽进行了大量报道，但普通民众对核电知识及核电技术的发展了解仍比较有限。因此，应加强这方面知识的宣传力度，提高相关信息的透明度和公众的安全意识。

  切尔诺贝利核事故和三哩岛核事故之后，为提升核电的安全等级，很多国家开始着手进行三代技术的研究。根据美国核管会要求，三代堆芯严重损伤频度需再下降一个数量级，达到100个反应堆连续运行1000年，才会出现一次堆芯熔融的严重事故。日本福岛事故对先进堆有巨大的促进意义。目前，世界上还没有正式运行的三代堆，三代技术的代表包括美国的AP1000和欧洲的ERP。我国已从美国和法国分别购买引进了AP1000和ERP技术，浙江三门正在建造世界上第一个AP1000核电项目。目前，由我国清华大学核能与新能源研究院自主研发的第四代核反应堆技术也在山东石岛湾开展示范堆建设。

  2011年3月23日，美国《》刊登一篇普林斯顿大学教授的文章认为，福岛核事故表明需要建设更安全的反应堆。高温气冷堆的设计应用前景看好。中国正在计划建设两个原型反应堆模块。这样一个示范工程将决定这种反应堆是否能在全球范围内具有商业可行性。美国能源部应当利用其国立实验室的知识协助中国获得成功。面对这样一个必须兼顾安全性和经济性的世界性难题，中国已经走到世界的最前沿，每个决策都是创新的，一举一动都受到了世界同行的关注和评判。

  核电发展安全机制应建立在对风险的长期和综合评估上。核电发展没有相对较安全，只有必须保障最安全。中国人口众多，地貌与气候复杂，重视超设计基准的多重自然灾害或极端自然灾害与次生灾害叠加事故的影响，提高并统一完善核电建设各种安全标准是内陆发展核电必须最大限度地考虑的因素。

  核电要实现最佳的安全性，不仅需要好的规划和工程技术，还需要负责任和有透明度的社会环境。对核电事故的风险评估不仅仅要参考核电事故发生后直接的人员受伤或死亡和经济损失，还要从长期影响综合计量。以日本福岛为例，根据官方及核电厂营运商东京电力公司(TEPCO)的福岛核电站清理“路线图”，核电站仅完成废炉恐需费时40年，福岛事故的泄漏影响迄今为止还有待评估。以福岛同样被定义为7级事故的苏联切尔诺贝利核电站为例，1986年反应堆发生爆炸当场造成30人当场死亡，8吨多强辐射物泄漏。核泄漏事故使电站周围6万多平方公里土地受到直接污染，320多万人受到核辐射侵害，25年后的今天，当地人仍在食用被放射性污染的食品（如牛奶、蔬菜、水果和蘑菇等）。其中，最主要的污染物就是铯-137，这也是福岛第一核电站的“重污染物”。

  2007年11月，我国发布首部《核电中长期发展规划》确定，到2020年，我国核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，在建核电容量达到1800万千瓦左右。

  国家发改委能源研究所所长韩文科认为，中国核电事业存在核战略、规划、管理体系、核基础研究和人才等问题。其中核战略、规划等问题正在慢慢地解决，但是人才问题较为严重，也是短期很难解决的问题，卡脖子最厉害。“虽然在俄罗斯成批见习训练一批技术人员及20多年自我培养，但还是满足不了即将来临的核电高峰。”据估算，在未来十几年，我国的版图上将新出现40台以上核电机组。以行业的需求看，一台百万千瓦级核电机组，需4年以上建设高峰期，需要各类专业方面技术和管理人员上千人，其中相当数量人员应是具备相关经验的“高品质人才”，而培养一个合乎条件的核电站主控室操作员需要8到10年的时间。因此，抓紧这方面的工作已刻不容缓。