福岛核电站到底会不会炸开?

  日本福岛第一核电站,第1、2、3以及4号反应堆,现在正凝聚着全世界的焦点。一串接着一串的爆炸响声,震撼着公众脆弱的心灵。
  对放射性的恐慌并非中国独有,也许,它是一种人类的共性,人类害怕未知,且天性对负面信息更敏感,这也就注定了,我们面对放射性时的恐慌。

 

核物质会不会爆炸性释放?

   首先要明确的是,在地震发生后,核电站自动停止运行(中止控制棒自动插入)再加上两层耐压壳体的密封保护,所以不会有切尔诺贝利式的核物质突发爆炸扩散,更不会有耸动的核爆——核电站核燃料的丰度是3%,武器级核材料的丰度要达到90%以上,还需苛刻精准的引爆条件。打个直观的比方,烈酒和酒精能够被点燃,一杯啤酒能够被点燃么?如果核爆炸那么容易能实现的话,那几个殚精竭虑想要搞出原子弹的小国早就欢欣鼓舞了。
  用现代核电站的安全设计眼光看,切尔诺贝利所代表的原始反应堆是一个糟糕透顶的反面教材。
  切尔诺贝利核电站事故由于操作人员严重违反操作规程,卸掉了反应堆保护系统;又驱使反应堆长期强行在低功率下运行,处于不稳定状态。反应堆突然功率失控,在几秒钟内上升了几百倍,也超过了额定功率十倍;燃料包壳因过热而立刻爆裂;进而导致蒸汽爆炸和压力管全部断裂,结果发生锆水反应引发爆炸和石墨燃烧。
  在猛烈的爆炸中,毫无防护的厂房立刻被炸开一个大口子。不但核燃料立即泄露,最要命的是大量沾染了放射性物质的石墨粉尘在熊熊火光中扶摇直上九云霄,随风飘向了大半个欧洲,成为推波助澜扩散核辐射的罪魁。
  而这些,在福岛都不存在。事故是在停堆后发生的,罪魁是相对低功率的衰变余热,仅相当于裂变工作能量3%;而且已经得到了大量冷却水的缓解,最关键的还有两层防护钢壳在堵绝核物质与外界环境的联系。切尔诺贝利式的悲剧,在具有防备设施的福岛身上不会发生,对于更新式的现代核电站来说,更是近乎奇闻。

为什么一直在对外排泄核物质?

   但问题在于,核燃料棒即使停止工作,仍然留有的自衰变热量。释放掉这3%的热量,正常情况下使用冷却系统自动完成。但带动冷却系统的备用柴油机和外界电网在海啸中彻底损坏。所以就只能使用人工的方式冷却,即通过注入海水,在热交换压力容器和安全壳之间进行冷却。
  这时面临的新问题是反应堆安全壳面临超压风险,冷却水变成蒸汽后聚集在安全壳内。这次福岛事故中安全壳压力曾一度达到8.4个大气压,设计值是4个大气压,所以需要向外部大气进行排放,来缓解壳内压力,避免安全壳失效。与工作循环回路用水和外冷却系统冷凝水不同,这时排出的水蒸气,没有时间也没有条件进行去放射性处理,所以会沾染有一些少量的放射性释放,以防万一,需要对周围10-20公里范围内的居民进行了撤离。
  总的来看,对外排泄的水蒸气,是放射性的主要来源。这一点,与美国三里岛核事故相似,不过,由于福岛失事反应堆多(3个),持续时间长,所对外排放的放射性水气早已远远超过了美国三里岛事故,又全部发生了毁坏外厂房的氢气爆炸,此外还有大量外泄到海里的微量辐射的冷却水,完全是属于6级事故,性质比较严重,公众也极为关注。
  但实际上,福岛事故对环境和人类,总体不会有太大的影响,或者说从实质上没有影响(详情见后),与切尔诺贝利完全不能相提并论。
  很多人所不知道的是,在核电站业主东京电力公司的网站上,一直按日本的核灾应对法律,在持续更新公布着排放辐射量的变化情况(在电站大门以半小时甚至10分钟的间隔测定)。在大部分时间,辐射量都停留在对人体没有实质性危害的水平上。
  目前看来,海水冷却对堆芯的降温是有效的。不过,这个过程需要几天——一般是3-5天。再过2-3天,这3%的衰变热量得到控制恢复正常,事故抢险就可告一段落,进入后续处理阶段了。
  可以说这次核泄漏,是一次“有计划”的泄漏,是丢卒保帅,是两害相权取其轻。会有少量放射性物质扩散到空气中,但比起成为第二个切尔诺贝利当然是好得多了。

氢气爆炸会炸出多少核燃料?

   氢气爆炸的原因及主要影响我们在上一个专题中已经进行了解释。
  福岛第一核电站的一号、三号和二号反应堆分别在当地时间12日15时36分、14日11时01分和15日晨6时10分发生氢气爆炸。另外的四、五、六号反应堆在地震之时就正恰好处于停机检修状态,反应堆危险不大。
  从东京电力公司公布的排放辐射量检测值看,前两次爆炸前后,辐射值都没有大的变动。这说明了这两次爆炸并没有炸出核物质,也说明了一号和三号反应堆的密闭安全壳是完好的。
  但是,在15日的早上,最后一台工作机组二号反应堆爆炸之后。警报拉响了。
  从数值上看,检测值从70微希/小时左右迅即上升到8217微希/小时,中间短暂下降,接着又爬升到11930微希/小时的空前高点。反应堆安全壳是否已在爆炸中损毁?所有关注的专家们立刻揪紧了心。这将是一座要喷发的火山么?传媒和公众也都绷紧了神经。
  所幸,这一数值在下午降低到1000左右,然后又缓慢的下降到500左右。目前来看,二号反应堆应该还没有大问题,具体还有待于进一步观察。

突发的新风险——四号反应堆乏燃料池

   另外的风险在于四号反应堆的核燃料废料(乏燃料)存储池。四号反应堆所在建筑的五层有一个冷却池,有783根使用完毕的核燃料棒,当被称为乏燃料的燃料棒从反应堆中卸出,它带有大量的放射性,并且还会继续释放出自衰变热量。所以会被立刻装进反应堆边上的开放式的冷却池里,用水来屏蔽乏燃料的放射性并吸收它放出的热量。
  按各国核电惯例,用完的核燃料棒会直接放在厂房里的乏燃料水池放置几年,让其进一步自衰变达到冷却。一般设计乏燃料水池能够容纳20年的乏燃料,常常累积了十几年才一并运出到永久核废料库。这个深达11米的池内硼酸水温度通常保持在40度,但是在15日早上10点左右四号反应堆发生外部火灾后,池内的温度上升到了80度,而且水位也下降了不少。
  日本方面打算在往冷却池里注水。这个作业看似比往内压巨大的1号、2号、3号的反应堆内注入海水要容易很多,其实不然。东京电力公司15日晚发布消息称,无法向福岛第一核电站4号机组的核废料存储池注水,也没能掌握水温和水位。东京电力公司同时透露,将于16日以后通过厂房墙壁破损后出现的孔向内注水。另据称1至3号机组目前情况稳定。
  乏燃料的放射性水池没有特别防护,平时人也可以抵达边上,水就足够屏蔽其短程核辐射了。对于乏燃料的处理,只需保持冷却,防止临界就行了。现在的风险是注水和冷却不及时导致乏燃料露出水面并破损,那粉尘的辐射及伤害还是很强的,核裂变反应产生的新放射性元素既有化学毒性又有辐射毒性,如果飘散在环境中,又被人体吸收,形成无法排除的内辐射,会造成极大的、接近于切尔诺贝利的环境麻烦。
  目前,事态还在发展当中,具有一定程度的严重性和不确定性。我们只能保持密切观察,虽然其常规设备(“常规岛”)因地震和海啸的损毁麻烦不断,但是,其核部件安全结构(“核岛”)决定了其很难发展成为切尔诺贝利式的洲际核事故。即使出现最坏情况,影响依然非常有限,核心受灾区,依然在半径二三十公里的范围里面。距离一远影响就很小。

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