福岛核电站会造成大规模核泄漏吗?

既然福岛核电站已经爆炸,那么会造成多大程度的核泄漏?会重演切尔诺贝利么?要了解这一点,需要探究不同核电站的结构。图3展示了自1957年以来的核事故及其概况。

图3 核事故一览表

图片来源:http://news.sohu.com/s2011/ribendizhen11/

1.切尔诺贝利——没有安全壳的古董级反应堆酿成悲剧

切尔诺贝利核电站事故是这样的一系列过程,首先是操作人员严重违反操作规程,切断了反应堆保护系统;反应堆长期强行在低功率下运行,处于不稳定状态;然后突然功率失控几秒钟内上升了几百倍;燃料包壳因过热而爆裂;导致蒸汽爆炸和压力管全部断裂;结果引起锆水反应和石墨燃烧。
  切尔诺贝利的核反应堆作为最老式的核反应堆,没有设置坚固的安全壳,因而强放射性物质立刻扩散到环境和大气中。
  切尔诺贝利核电站重大悲剧的来源是——它是苏联极为老旧的石墨堆叠式反应堆,既没有内层的压力安全钢壳,更没有外层的厚重的混凝土安全壳。一发生爆炸,不但核燃料立即泄露,而且石墨粉尘在火光中扶摇直上九云霄,污染了大半个欧洲。

2.三里岛核事故——核物质都闷在现代核反应堆的安全壳里

美国三里岛核电厂二号堆于1979年3月28日发生的堆芯失水而熔化和放射性物质外逸的事故。这次事故是由于工人检修后未将冷却系统的一个阀门打开,致使二回路的水断流,当堆内温度和压力在此情况下升高后,反应堆就自动停堆,同时应急堆芯冷却系统自动投入。
  但操作人员却判断错误,反而关闭了应急冷却系统。这一系列的管理和操作上的失误与设备上的故障交织在一起,使一次小的故障急剧扩大,造成严重事故。铀燃料虽然没有熔化,但有60%的铀棒受到损坏,反应堆最终瘫痪。

但在这次事故中,主要的工程安全设施都自动投入,同时由于反应堆有几道安全屏障(燃料包壳,一回路压力边界和安全壳等),因而无一伤亡,在事故现场,只有3人受到了略高于半年的容许剂量的照射。泄露的少量蒸汽,也不会对环境和周边居民造成实质影响。虽然三里岛事故早于切尔诺贝利,但三里岛的反应堆比切尔诺贝利先进得多,也正是目前普遍应用的压水堆。

3.福岛核电站到底泄漏了多少核物质?

如图4所示,经研究得到初步结论:氢气爆炸发生在安全壳和厂房之间。虽有一定程度的核泄漏,但总体仍在可控范围,核燃料仍在安全壳和压力容器内,安全壳和压力容器总体尚完好,不会发生切尔诺贝利式的大规模扩散整个欧洲的严重跨国事故。

图4 核电站泄露了多少核物质

图片来源:http://news.ifeng.com/mil/special/fudaohedianzhanbaozha/index.shtml

在放射医学和人体辐射防护中,辐射剂量的单位有多种衡量模式和计量单位。较为完整的衡量模式是“当量剂量”,是反映各种射线或粒子被吸收后引起的生物效应强弱的辐射量。其国际标准单位是希沃特,记作Sv。定义是每公斤(千克、kg)人体组织吸收1焦耳(J),为1希沃特。

希沃特是个非常大的单位,因此通常使用毫希沃特(mSv),1mSv=0.001Sv。此外还有微希沃特(μSv),1μSv=0.001mSv。福岛核电站泄漏,在最严重的12日下午,监测到的数据是每小时1015μSv,即1.015mSv。这约相当于每个人半年内接受的天然辐射,10次X光检查接受的辐射。

这些微量核辐射,主要是在释放水蒸气过程中所带出的,恰与爆炸并无关连,这也说明爆炸并未伤及核心密闭结构。不过在新闻传播的过程中,不知为何搞错了单位,微希被报道成毫希,1小时1000毫希已经是轻微辐射病剂量,因而引发了一定程度的恐慌。

视频:美国核专家谈日本福岛核泄漏真相

4.中国核电站安全程度比福岛核电站先进一代

实际上,此次失事的日本核电站是60年代设计、1971年建成的老式核电站,其安全理念和防护措施介于切尔诺贝利和中国核电站的压水堆之间。由于缺乏外部厚实安全壳,只有内部钢安全壳,让其在极端情况下的安全防护措施仍存在一定问题。此外,选址、备用电源等设计也欠缺妥善的考虑。

中国最早的核电站浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站(如图5所示)也是引进80年代的法国压水堆技术,既有内部钢密闭安全壳,也有外部混凝土防爆安全壳,构成了这种中国公众熟悉的核电站形象。

图5 广东大亚湾核电站

图片来源:http://news.xinhuanet.com/newscenter/2008-08/31/content_9738241.htm

安全壳是坚固的90厘米厚混凝土外墙,安全壳里面衬有防辐射金属材料,是核反应堆的最后一道防线,也是最重要的安全保障措施。切尔诺贝利核电站就是安全壳结构缺失的最佳反例。

即使在最坏的情况下,压水堆核电站的反应堆机组核燃料棒融化,彻底损毁。密闭的反应堆安全壳也能把绝大部分的放射性物质都控制起来。对周围环境和人员也基本没有任何影响。这种事故已经有发生的实例,那就是美国三里岛核电站事故,对周边的居民辐射量仅相当于一次X光拍片。

5.四代不同的核电站——核安全技术在不断进步

从安全角度(仅从安全角度,非其他角度),切尔诺贝利可算作第一代核电站——石墨反应堆,既无内安全壳,更无外安全壳;福岛可算第二代核电站,有内安全壳,但无外安全壳。中国大陆现有和在建的核电站可算作第三代核电站,内外安全壳兼有,可以说,这一代核电站,才是足够安全的核电站。

总体来说,中国现有和在建核电站还是足够安全的,在各种事故条件下,能够保证将核物质封闭在一回路里,封闭在耐压容器里,封闭在混凝土安全壳里。

而且,目前中国已经引进了最先进的新一代核电站AP1000并实现国产化,这一代核电站的安全理念使用了被动安全的概念。例如在停堆散热的问题上,在反应堆顶部就建有一个数千吨的硼酸水箱了;一旦发生像福岛这样备用电源全部丧失的极端事故,仍可让可终止核反应的硼酸水直接倾斜而下,浸没核燃料棒,实现停止核反应的降温目的。而其他的更先进、更安全的核电站种类,世界各国也在不断探索和研制。

这一次日本40年前建造的、濒临退役的老式核电站事故,并非说明核电站越来越不安全,而是从另一个反面说明了,核电站将会更加安全。

 

简而言之,这次失事的日本核电站是老旧的、濒临退役的、安全理念不够完善的核电站,目前世界上商业主流运营的、带有加厚防护外安全壳的核电站已解决了事故时最基本的安全性问题。这背后是切尔诺贝利和三里岛,以及世界上众多核事故血的教训和经验总结,就如同每一次空难调查和反思都会使我们的民航客机更加安全一样——人类就是这样在曲折中付出代价,从而不断进步的。

参考来源:

[1] 凤凰网军事频道.http://news.ifeng.com/mil/special/fudaohedianzhanbaozha/index.shtml.