【寫在前面】

福島第一核電站2號機(jī)組內(nèi)部堆芯熔化情況的最新探測，再次將日本和福島推向頭條。權(quán)威媒體關(guān)于“取出堆芯熔化的核殘?jiān)y度增加”的客觀表述，卻迅速發(fā)酵網(wǎng)絡(luò)上各類“重大突發(fā)！福島又出事！人進(jìn)入秒死亡！”等標(biāo)題黨煽動性文章。但事實(shí)并非如此，2號機(jī)組出現(xiàn)“堆芯熔化”不是突發(fā)事件，更與所謂的“日本政府粉飾太平”無關(guān)，早在五年多前核事故發(fā)生時就已經(jīng)出現(xiàn)堆芯熔化。此外，由于檢測點(diǎn)非常接近核燃料，輻射劑量高是必然的。但輻射場強(qiáng)度的大小與測量點(diǎn)和輻射源之間的距離成平方反比關(guān)系，所以只要離開這塊區(qū)域十米遠(yuǎn)，輻射劑量就會跌落至百分之一以下。

據(jù)新華社2月3日報道，東京電力公司根據(jù)最新對福島第一核電站2號機(jī)組內(nèi)部拍攝的視頻圖像分析估測，2號機(jī)組安全殼內(nèi)部最大輻射值可能達(dá)到每小時530希沃特（1希沃特為1000毫希沃特），人若暴露在這種輻射中幾十秒即可致死。此外，東電公司經(jīng)過詳細(xì)分析1月30日拍攝的畫面后確認(rèn)，壓力容器下方的網(wǎng)格狀鐵制平臺出現(xiàn)一平方米左右的破洞，可能是極高溫的堆芯熔化的核燃料泄漏時所致。想要取出堆芯熔化的核殘?jiān)^非易事。

2號機(jī)組堆芯熔化，是2011年核事故發(fā)生之初便已確定的事實(shí)。2011年3月11日，受東日本大地震影響，福島第一核電站1-4號機(jī)組受損，發(fā)生嚴(yán)重核泄漏事故。事故發(fā)生后，1-3號機(jī)組出現(xiàn)堆芯熔化。堆芯熔化是指核反應(yīng)堆溫度過高，造成燃料棒熔化并發(fā)生破損事故，是核電站可能發(fā)生的事故中最為嚴(yán)重的事態(tài)。根據(jù)東京電力公司的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，“堆芯損傷比例超過5%”即為“堆芯熔化”。但在事故初期，東京電力公司一度瞞報“堆芯熔化”事態(tài)，稱只是較低一級的“堆芯損傷”，直到2011年5月才正式承認(rèn)堆芯熔化。2011年5月底，國際原子能機(jī)構(gòu)派出專家調(diào)查團(tuán)對福島第一核電站事故進(jìn)行調(diào)查后出具的報告指出，1至3號機(jī)組燃料棒熔毀后墜落，一部分可能已通過壓力容器上的漏洞堆積在了安全殼的底部，發(fā)生了“熔穿”。——這與這幾天我們看到的新聞描述一致。

事故發(fā)生后，東電公司一直未能掌握堆芯熔化后核燃料殘?jiān)木唧w位置，使核燃料殘?jiān)厥展ぷ鳠o從開展。為什么以前沒有檢測到？是因?yàn)橐婚_始的救災(zāi)重點(diǎn)在于被疏散的隔離區(qū)及核島廠房內(nèi)外。但最終要徹底拆除核電站并進(jìn)行后續(xù)處理，必須搞清楚堆芯熔化后核燃料殘?jiān)木唧w分布狀態(tài)，制定相應(yīng)的處理方案。

據(jù)日媒報道，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省去年12月召開討論東京電力公司經(jīng)營重整等的“東電改革與1F（福島第一核電站）問題委員會”（東電委員會）會議，首次公布稱福島核事故反應(yīng)堆報廢及賠償?shù)忍幚碣M(fèi)總額的估算結(jié)果為21.5萬億日元（約合人民幣1.3萬億元）。

關(guān)于該話題，澎湃新聞（www.dbgt.com.cn）推出中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中科院聯(lián)合培養(yǎng)在讀博士張恒的一篇解釋性文章，作者現(xiàn)就讀核工程專業(yè)計(jì)算機(jī)控制方向，曾在國內(nèi)核電企業(yè)研究院任職。未經(jīng)澎湃新聞授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載本文。

從目前日本國內(nèi)的報道來看，由于壓力容器底部早已經(jīng)熔穿，核燃料流出容器底部后正在熔毀安全殼內(nèi)一個金屬格柵法蘭狀結(jié)構(gòu)，此構(gòu)件已查明是壓力容器下的鐵質(zhì)腳手架。東京電力公司發(fā)言人山岸立裕周五（2月3日）指出，腳手架受損變形可能是核燃料穿透壓力容器滴落造成的，但確實(shí)原因還未查明。報道稱，金屬法蘭已經(jīng)被燒出個一米見方大孔，目前內(nèi)部輻射劑量達(dá)到每小時530西弗（編注：Sievert，也譯作希沃特。1西弗=1000毫西弗=1000000微西弗），人若暴露其中幾十秒即可致死，同時也能在兩小時內(nèi)使深入反應(yīng)爐拍攝圖像的機(jī)器人停止運(yùn)作。這一情況將進(jìn)一步加大取出堆內(nèi)核燃料及其他污染物的難度。

日本媒體報道福島核事故2號機(jī)組示意圖福島核事故2號機(jī)組混凝土殼內(nèi)鐵質(zhì)腳手架熔洞現(xiàn)場照片

拋開這次的報道，我們先了解一下福島核電站的結(jié)構(gòu)與防護(hù)：

福島核電廠的防護(hù)主要分三層：

第一層是燃料包殼，這個與普通壓水堆無大差別，就是核燃料棒的外殼——鋯合金，這層鋯合金包裹可以避免核燃料棒里的放射性物質(zhì)與冷卻水接觸，可以承受1200度的高溫。很多根核燃料棒、控制棒（用途是吸收中子，控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的程度）及相關(guān)機(jī)構(gòu)就組成了反應(yīng)堆堆芯裝置。

第二層防護(hù)是反應(yīng)堆壓力容器，反應(yīng)堆工作時會產(chǎn)生巨大的蒸汽壓力，所以反應(yīng)堆壓力容器由高強(qiáng)度合金鋼制成。其防護(hù)作用是，在核燃料棒的鋯合金外殼出現(xiàn)破損的時候，保證放射性物質(zhì)不會大規(guī)模泄漏。

第三層防護(hù)是混凝土安全殼，福島核電站的安全殼由約1米厚的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和約6毫米厚的內(nèi)襯鋼板組成。它的主要作用是，在反應(yīng)堆壓力容器爆炸或破損后，大量放射性物質(zhì)、放射性廢水不會泄漏到外界去。

目前的情況大體來說是：核燃料及其他物質(zhì)已經(jīng)突破了第一、二層防護(hù)，從壓力容器底部向第三層防護(hù)侵蝕。

這是堆內(nèi)情況，文首也提到堆內(nèi)輻射參數(shù)很高，但是，這種高放射性污染源，影響的范圍往往是相當(dāng)有限的，核電廠工作人員中，有一些人在國內(nèi)核電站里也經(jīng)常能碰到劑量高達(dá)1～5毫西弗每小時的輻射熱點(diǎn)，從旁邊路過一下就可能吃上十幾個微西弗。但是，只要保證與這個熱點(diǎn)保持一兩米的距離，基本上輻射就會下降到每小時一百微西弗以下的程度，再遠(yuǎn)一點(diǎn)就會更低，所以大家遠(yuǎn)在幾百幾千公里外擔(dān)心530西弗每小時是沒有必要的。

很多最近要去日本旅游的小伙伴或者在日本工作學(xué)習(xí)的朋友，至少現(xiàn)階段沒有必要過分擔(dān)心輻射影響，只要你不是住在福島核電站的一二十公里直線距離內(nèi)我覺得都是不用太過擔(dān)心的，不放心的話你也可以查一下所在當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)機(jī)構(gòu)對于環(huán)境劑量的監(jiān)測情況，以及和其他地方做個對比[1]。至于從日本海淘商品的也沒有必要過分恐慌，當(dāng)然福島本地產(chǎn)作物還是不建議購買。

福島核電站事故嚴(yán)重性一直以來被低估了，實(shí)際上其事故評級與切爾諾貝利事故一樣，都是INES 7（國際核事件分級表），高于美國三里島的5級, 而5級的定義為其定義為“對核電站以外地區(qū)造成威脅的事故”。在三里島核事故中，方圓80公里以內(nèi)的居民平均受到輻射量為10微西弗，是常人在一年內(nèi)允許接受的最大輻射量1000微西弗的1/100。對健康產(chǎn)生的影響非常有限。因從福島核電站周邊的水和食物檢測出超過國家標(biāo)準(zhǔn)的放射性物質(zhì)，可見核電站泄漏到外界的輻射量大大高于三里島事故。7級的定義為特大事故（或極嚴(yán)重事故），核動力廠向廠外大量釋放放射性物質(zhì)，產(chǎn)生廣泛的健康和環(huán)境影響。同時，由于機(jī)組差異，福島核電站反應(yīng)堆所用核燃料比切爾諾貝利多，且有反應(yīng)堆使用了含有高毒性的钚的燃料，同時日本人口密度稠密，因此其定級一樣，但是事故影響或許要高于切爾諾貝利事故。

據(jù)日本政府2011年年底給IAEA（International Atomic Energy Agency，國際原子能機(jī)構(gòu)）的報告說，福島2號堆一次安全殼內(nèi)“可能存在”氙-133和氙-135。同時，東電在報告又說“即使假定發(fā)生了裂變反應(yīng)，其規(guī)模極小，反應(yīng)堆整體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)”[2]，同時還稱“堆內(nèi)的放射性物質(zhì)沒有達(dá)臨界”[3]。在給IAEA的狀態(tài)報告中，日本當(dāng)局根據(jù)進(jìn)一步分析斷言，氙濃度歸因于“鋦-242和鋦-244自發(fā)裂變”。當(dāng)時給出了三個判據(jù)，其中最有力的當(dāng)屬：按照鋦-242和鋦-244自發(fā)裂變導(dǎo)致氙-135的濃度計(jì)算了鋦-242和鋦-244的總量。如果出現(xiàn)過可能最低水平的反應(yīng)堆鈾燃料核裂變，探測的氙水平會比測到的水平高幾個數(shù)量級?，F(xiàn)在氙的水平與鋦-242和鋦-244自發(fā)裂變產(chǎn)生的相吻合不出所料[4]。

在2012年再次檢出氙-135之后，東電公司首度承認(rèn)在受損的3座反應(yīng)堆內(nèi)部深處，核燃料可能繼續(xù)進(jìn)行著核裂變反應(yīng)。不過，該現(xiàn)象不會導(dǎo)致伴隨有熱能和輻射的大規(guī)模核反應(yīng)發(fā)生，但卻可能增加反應(yīng)堆泄露的危險放射性元素，使清理工作變得更加困難?！都~約時報》對此事進(jìn)行了報道，包括我國環(huán)保部官方網(wǎng)站等主流媒體都進(jìn)行了引用或轉(zhuǎn)載。

我們知道，核事故應(yīng)急后處理最忌諱的就是核燃料“重返臨界”，因?yàn)榕R界狀態(tài)實(shí)際上是核燃料正在發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出大量熱量，臨界事故多在瞬間爆發(fā)，爆發(fā)時藍(lán)光乍現(xiàn)，高度殺傷力的中子與伽瑪射線大量釋出，1999年茨城縣東海村JCO核燃料處理工廠就曾發(fā)生臨界事故，核燃料處理工廠的工人違反操作程式，把富集度18.8%的鈾溶液（相當(dāng)于含16公斤鈾）直接倒入沉淀槽中。沉淀槽容納的最大操作量限定為2.4公斤，其臨界品質(zhì)為5.5公斤。最終造成2名員工死亡。因此，結(jié)合此次熔毀殼內(nèi)法蘭狀構(gòu)件，我們必須防范間歇性臨界或者說局部臨界的可能，需要進(jìn)行全面動態(tài)的監(jiān)視。

因?yàn)榉兴押巳剂先刍?，堆芯溫度曾達(dá)到1400℃以上甚至更高，壓力容器部分鋼質(zhì)邊界（主要是底部）已經(jīng)熔化，熔渣才跌入干井底部。很顯然，后果大家都看到了。我們知道，壓力容器下邊存在“重返臨界”威脅的反應(yīng)堆，實(shí)現(xiàn)不了“冷停堆”。實(shí)際上，是否存在“重返臨界”，判斷起來并不很難。只要連續(xù)監(jiān)測標(biāo)志性氣態(tài)裂變產(chǎn)物的濃度變化，就可以做出判斷。但制止“重返臨界”要困難得多。

說到這里，大家肯定有疑問，福島核電事故處理為何不采用切爾諾貝利的石棺封堆的處理方案？再次作以下解釋：切爾諾貝利核電事故其反應(yīng)堆沒有安全殼，爆炸后核燃料暴露于外界，不得不做封閉性處理。但這種處理存在劣勢，主要是后期的長期維護(hù)比較麻煩，具體可以參考近期報道的切爾諾貝利石棺出現(xiàn)裂縫，需要考慮重新修筑石棺。同時，日本國土面積小，人口密度大，封堆會造成大片無人區(qū)，不論從日本當(dāng)局還是福島當(dāng)?shù)鼐用穸紩磳@個方案。因此日方現(xiàn)在主要目標(biāo)還是取出反應(yīng)堆核燃料，當(dāng)然據(jù)日本《每日新聞》等媒體報道，日本政府和核電企業(yè)共同出資成立的“日本原子能損害賠償和反應(yīng)堆報廢等支援機(jī)構(gòu)”在2016年7月13日出臺的計(jì)劃書中說，隨著核電站反應(yīng)堆內(nèi)部狀況逐漸明晰，也存在無法取出已熔化的核燃料從而直接用“石棺”將反應(yīng)堆封死的可能性[5]。

最后，回到福島核電站事故本身，單獨(dú)一個事故擊潰了縱深防御的幾乎所有屏障導(dǎo)致了最終事故的發(fā)生，值得整個核電行業(yè)詳細(xì)研究；全球核工業(yè)應(yīng)對超基準(zhǔn)事故能力，值得反省；隨著核電先發(fā)國家反應(yīng)堆機(jī)組老化，機(jī)組特殊狀態(tài)下操縱員運(yùn)行能力，值得深思。

福島核電事故的導(dǎo)火索是海嘯，源頭是老化落后的沸水堆延壽得到批準(zhǔn)，催化劑是操作員事故工況下應(yīng)對不明智，事故的發(fā)酵升級是主管部門以及征服部門處理不得力?？傮w來說，極端自然條件、超期服役的落后機(jī)組、滯后的核事故綜合導(dǎo)致了福島核電事故，但是，事已至此，依舊期待日本方面能真正推出利于全球核工業(yè)發(fā)展的事故后處理方案，并且行之有效。

參考文獻(xiàn)：

1.知乎“熊游心”的回答

2.NEI, Sampling boat launched; major reports published, 22 November 2011

3.José M, NEW SAFETY REQUIREMENTS AND LONG TERM OPERATION POLICY, EUROSAFE – PARIS – 07.11.11

4.IAEA Fukushima Daiichi Status Report，Update of 4 November 2011

5.澎湃新聞：日本首提福島核電站處理：可能用“石棺”封堆并最終報廢，2016.7.14