日核惊魂：核泄漏如何发生

财新《新世纪》记者 于达维 周凯莉 曹海丽 见习记者 崔筝　　特派台北记者 唐家婕 特派伦敦记者 张翃　　特派日本记者 贺信 舛友雄大 | 文　　这场核电梦魇为什么难以收拾？有多少教训？　　向东，一直向东。从山形市驱车东行60多公里，便到了此次日本地震的灾区之一宫城县仙台市。铅灰色的阴云下，这座位于日本东北部、曾经岚翠鲜明的城市，流露出其脆弱而悲情的一面。白雪皑皑，仍然未能遮盖震后的创伤。　　死亡、缺水、断电，折磨着仙台；然而，目前更深重的危机，是笼罩在100多万仙台居民心头的核的阴云。从仙台到出现核泄漏的福岛第一核电站，直线距离不到100公里。　　“我活得很长了，生死都无所谓，但我们需要保护孩子。”3月16日，在仙台市七乡小学避难所，白发苍苍的校长米仓清幸对财新《新世纪》记者说。　　作为避难所的设施长，米仓清幸选择了坚守。但受到福岛核电事故的影响，宫城、岩手、福岛等重灾区的很多居民，已经前往关西和关东两大城市群，投亲靠友。　　发生在日本东北太平洋沿岸的9.0级地震，叠加海啸、核泄漏三重灾难，成为日本“二战”后最深重的公共危机。至3月18日晚间，这场浩劫已造成日本6911人死亡，10316人失踪。　　地震引发的海啸，冲垮了福岛第一核电站的安全屏障，导致前苏联切尔诺贝利核事故和美国三里岛核事故的阴影再现。截至本刊发稿，东京电力公司和日本政府仍未能控制局面，大规模核泄漏的危险并未消失。　　整个日本，乃至全球，也因此陷入对核辐射与核安全的担忧和恐慌之中。　　核泄漏如何发生　　地震之后的海啸造成应急电力故障，冷却系统无法工作，反应堆产生的热量无法散去　　东京时间3月11日14点46分(北京时间13点46分)，当9.0级地震发生时，位于福岛工业区的福岛第一核电站自动停止运行。　　地震不仅威胁到核电站本身结构的稳定，也威胁到核电站的电力供应。但对福岛第一核电站而言，真正可怕的是此次特大地震所引发的海啸。　　由于地震对当地输电系统造成破坏，按照预先设计的要求，核电站启动了应急柴油机发电机组。不幸的是，一个小时后，7米高的海啸抵达，外部水淹导致所有应急柴油发电机出现故障。　　“这属于核电厂的超设计基准事故工况。”中国环保部核与辐射安全中心总工程师柴国旱在书面采访中告诉财新《新世纪》记者。核电秦山联营有限公司原董事长李永江也说，如果只有地震，没有海啸，情况可能完全不同。　　核电站的主要燃料是具有放射性的铀。当一个中子在反应堆内轰击原子量达235的铀-235时，其原子核分裂为较轻的原子核，同时产生新的中子，释放能量。新的中子又可轰击另一个铀原子，引起新的裂变，从而源源不断地释放出巨大能量。这些能量在转变为电力的同时，会产生大量热量。因此，运行良好的水冷系统对核电站至关重要。　　如果失去应急电力，冷却系统无法工作，意味着反应堆堆芯面临熔化的危险。堆芯是反应堆的心脏，装在压力容器中间，每根堆芯由大量二氧化铀烧结而成的芯块排列而成，含有2%至4%的铀-235，装在两端密封的锆合金包壳管中。反应堆发生故障时，把银铟镉材料制成的控制棒插入堆芯，吸收反应堆中的中子，就可以在很短时间内中止裂变反应，使反应堆停止工作。　　尽管核电站会停机，但反应堆内仍有大量衰变余热，需要冷却系统继续工作。否则，反应堆内温度和压力会迅速升高，导致燃料棒裸露，就会出现堆芯熔化。在最坏的情况下，反应堆内所有安全屏障都会被击穿，从而发生大规模的放射性物质泄漏。　　3月11日晚间，在地震发生几小时后，由于发现反应堆内的冷却水位有下降趋势，日本政府要求核电站半径3公里内的居民紧急撤离。当晚，在向国际原子能机构(IAEA)的汇报中，日本原子力安保院(NISA)表示，由于反应堆安全壳内压力正在上升，决定释放一定的蒸汽以降低压力，这些蒸汽经过过滤后，将不具备放射性。　　然而，次日上午，事态出现恶化的迹象。11时左右，NISA发布消息说，福岛第一核电站正门附近的辐射量是正常值的8倍，两小时后又升至通常的70多倍以上；1号机组反应堆中央控制室的辐射量则是正常值的1000倍。　　由于冷却系统失效，堆芯温度过高，冷却用水与堆芯外壳锆合金反应生成了氧化锆和过量氢气，下午3时40分，1号机组发生氢气爆炸。　　此次爆炸发生后，清华大学核能与新能源技术研究院教授、环保部核安全与环境专家委员会成员曲静原对财新《新世纪》记者表示，之前已经有报告说在福岛核电站的环境中发现了放射性铯，这意味着燃料棒已经受到一定损害。虽然经过过滤的蒸汽能够把绝大部分放射性元素留在安全壳内，但仍会有一些残留。　　接下来，福岛第一核电站其他几个机组也先后出现问题。3号机组冷却系统在3月13日下午突然失灵，并于第二天上午发生氢气爆炸；2号机组冷却功能在14日下午完全丧失，并于第二天凌晨发生氢气爆炸；此前并未受到重视的4号机组，也于15日下午起火，存放乏燃料——在反应堆内烧过的核燃料——的池子温度持续上升，放射性物质开始向大气中释放。　　3月17日中午，3号机组又出现严重问题——乏燃料池也出现泄漏。　　中核集团公司原科技委秘书长张国滨介绍说，乏燃料池中已经烧过的燃料，尽管热度比较低，也一般需要10年多的时间才能降到可以进行后处理的水平。因此，在运输、保存过程中，都需要保持在水中。“刚卸下来的堆芯，暴露在空气中，局部可以达到4000摄氏度以上。如果突然从水里拿出来，十几个小时就会熔化。”　　事故发生后，一批批工作人员，冒着生命危险进入核电站开展抢险。直升机、消防车、高压水车等多种方式也被用于冷却反应堆。　　从3月18日起，东京电力着手恢复各个机组的外部电力。　　有业内人士认为，一旦堆芯全部熔化，避免放射性物质泄漏的惟一方法就是封堆——用水泥混凝土将反应堆彻底封闭。既然如此，日本政府早就应该让东京电力公司采取这一举措。　　但也有人认为，福岛第一核电站尚有挽救余地。而日本中央电力研究所首席研究员井上正表示，日本政府并没有权力强制东京电力公司在第一时间封堆，对情况也估计不足。　　而且，即使采取封堆措施，也并不意味着一劳永逸地解决问题，反而会彻底丧失对堆芯的控制。一旦污染地下水，处理起来就更加棘手。切尔诺贝利封堆之后，其维护和监测成本，长期下来亦十分昂贵。　　事故级别日升　　事态日渐恶化，诸多专家均认为福岛核泄漏严重程度甚至超过1979年美国三里岛核事故　　3月13日上午，福岛第一核电站方圆10公里内已有190人遭到辐射污染。当天，此次事故被日本政府初步定为4级。　　按照国际原子能机构“国际核事件分级表”的规定，核安全事件共分为7级，其中1级至3级为事件，4级至7级为事故。　　如果达到4级，表示反应堆堆芯和防护屏障显著损坏，核电站场内工作人员可能遭受致命辐射，有少量放射性物质释放到场外，但对公众基本没有影响；5级属于具有场外风险的事故，反应堆堆芯和防护屏障严重损坏，放射性物质有限释放；6级和7级则分别属于重大和特大事故。　　在核电历史上，1986年的前苏联切尔诺贝利核事故被定为最严重的7级，核电站的一个反应堆发生爆炸，导致8吨放射性物质泄漏，数百万人受到辐射。1979年的美国三里岛核事故则属于5级，核电站机组冷却系统出现故障，十几万居民被迫撤离。　　从一开始，国内外均有专家对4级的定级表示怀疑。3月14日，中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所研究员王作元接受财新《新世纪》记者采访时即指出，福岛核事故严重程度已经超过三里岛核事故，“我觉得定低了点”。　　3月15日，事态进一步恶化，2号机组在凌晨发生氢气爆炸。当日上午8时31分，核电站周围环境中的放射线辐射量达到每小时8.2毫希(mSv)，这相当于正常人每年受到放射线辐射量的8倍。　　对于从事核相关行业的员工来说，每年每人接受的有效剂量不能超过20毫希。而切尔诺贝利核电站事故后，凡辐射量达到350毫希的居民，都需重新安置。医学研究表明，一年内吸收1000毫希，多年后引发致命癌症的几率为5%；一次性吸收5000毫希，半数接受辐射者会在一个月内死亡。　　这天上午11点，日本首相菅直人发表告国民书，要求核电站20至30公里周围居民呆在室内，且做好撤离准备。　　话音刚落，中午12点，4号机组又发生氢气爆炸。一个小时后，东京地区辐射量超过往常20倍。　　当天，法国核安全局(ASN)局长拉科斯特称，福岛核事故实际上已经达到6级水准。　　这天上午，中国环保部网站刊出新闻通稿表示，专家经初步分析认为，福岛第一核电站2号机组极可能发生了比1号和3号机组更严重的情况，估计反应堆堆芯已部分熔化，反应堆厂房、安全壳完整性可能已遭破坏，增加了大规模放射性物质释放至环境的风险。　　当然，多位业内人士表示，福岛应该不会发生切尔诺贝利那样的惨剧。曾参与切尔诺贝利后期处理工作的一位专家对财新《新世纪》记者说，福岛电站的事态可能介于两种状况之间，第一是燃料烧穿保护壳，造成有限的泄漏；第二是燃料发生爆炸，对当地造成生态灾难。　　无论如何，法国核安全局局长的表态，中国环保部专家的初步分析结果，以及福岛核电站正在失控的迹象，让越来越多的人将注意力从日本的震后救援转向核辐射威胁。　　各国政治决策者也在密切关注福岛。财新《新世纪》记者从中国环保部了解到，核安全专家夜以继日地跟踪和分析福岛核事故的演变进程和可能后果。　　3月14日，中国国家能源局原局长张国宝(专栏)正在浙江三门核电站工地考察，其间与国家核电技术公司、中核集团、三门核电有关负责人一起对福岛核电事故成因和处置进行了分析。而参与讨论的三门核电副总经理缪亚平，曾经作为国际核电协会(WANO)检查组副组长在福岛检查了一个月，拥有该电站全套图纸。　　张国宝接受《中国证券报》采访时称，他们在3月14日的分析中已经注意到2号机组的危险，其燃料棒仍然裸露，持续升温后必然烧熔，机组安全壳内压力也达正常值的2倍，“我们已预感到2号机安全壳可能破损，放射性物质外泄，将造成灾难性后果”。　　3月15日，在中国环保部发出大规模核泄露风险增加的警告之后，中国驻日大使馆宣布，鉴于福岛核电站事故的严重性和不确定性，该馆和驻新潟总领馆根据自愿原则，立即安排大巴帮助尚在宫城、福岛、茨城等重灾区的中国公民撤离，并协助回国。　　多个国家也纷纷宣布，帮助本国公民撤离日本，或者将其驻日大使馆工作人员暂时从东京迁往南部的大阪等地。　　3月18日，日本原子力安保院终于宣布一号、二号、三号机组事故级别提升至五级。　　应对失当　　有观点认为，从地震海啸发生到1号机组厂房爆炸，中间有八个小时，日方未采取注入海水的果断措施，可能是抱有侥幸心理，想保全设备，以致酿成大祸　　随着事态失去控制，日本政府和负责运营福岛核电站的东京电力公司，受到各方质疑。　　地震海啸发生后的当天下午，日本原子力安保院第一次向国际原子能机构汇报时，后者就提出，愿意提供直接专家支持和联系国际技术援助。日本政府未接受。　　据媒体报道，驻日美军愿意在冷却上提供帮助的建议，也被日方拒绝。　　日本政府的对策，是先由东京电力公司自行处理事故。在张国宝看来，日方的处置存在失误。从地震海啸发生，到1号机组厂房爆炸，中间有八个小时，日方未采取注入海水的果断措施，可能是抱有侥幸心理，想保全设备，如早下决心注入海水不致酿成大祸。　　尽管直接注入海水存在腐蚀设备的危险，但井上正3月15日接受财新《新世纪》记者采访时说，目前注入海水是能够想到的为堆芯降温的最好办法。张国滨也认为，如果及时注入海水冷却，是可能控制住事态发展的。　　身为日本公民的国际原子能机构总干事天野之弥一再公开表示，时刻准备为日本提供任何形式的技术支持。但直到3月14日，事态几乎不可收拾的时候，日本政府才寻求国际原子能机构的帮助。　　张国滨告诉财新《新世纪》记者，虽然不能完全说日本政府在这件事故上比较自负，但起码说明其对于事态的发展估计不足。这从日本对事故等级的定义上也可以看出来，一开始只定义为4级，还对法国描述为6级颇有微词。　　他表示，目前情况下，福岛第一核电站厂区的放射性物质，不像切尔诺贝利核电站事故那样多，但不会比三里岛事故少，因为后者的安全壳至少是完好的。　　东京电力公司与日本政府的信息披露同样出现问题。地震第二天，日本首相菅直人就公开表示，由于东京电力公司报告不及时，导致决策迟缓。　　在调集和动员救援力量上，日本政府也遭遇批评。3月15日和16日，菅直人两次要求自卫队出动直升机参加核电站的灭火和空中注水工作，但自卫队以直升机飞行员会遭受严重核辐射为由，进行抵制。　　日本东海大学教授叶千荣说，这次事故如此严重，是设计上有问题，还是后期处理有问题？实际上，天灾是导火索，后面的过失完全是人为的。　　后藤政志是原东芝公司员工，反应堆安全壳设计者之一。此次地震后，他代表日本民间组织“原子能资料信息室”举行了针对福岛核电站的发布会，但NHK等媒体并没有直播。在他看来，福岛核电的事故处置和信息传递存在诸多问题。他估计此次事故的级别低于7级，但甚至可能高于6级。　　天生缺陷　　沸水堆的主要缺陷在于一个回路的蒸汽具有放射性，用这种气体去驱动汽轮机，一旦破裂就会发生问题。日本这样地震频繁的地区，使用沸水堆结构存在争议　　福岛核电站是目前世界上最大的核电站，由福岛一站的6台机组和福岛二站的4台机组组成。其中，福岛一站1号机组于1971年 3月投入商业运行。　　曲静原说，福岛核电站的核反应堆都是单循环沸水堆，只有一条冷却回路，蒸汽直接从堆芯中产生，推动汽轮机，和以前发生事故的三里岛核电站同样属于二代反应堆。　　沸水堆与压水堆不同之处在于，冷却水保持在较低的压力(约为70个大气压)下，水经过堆芯变成约285摄氏度的蒸汽，并直接被引入汽轮机。根据井上正提供的数字，在日本的55座核电站中，有24座是使用沸水堆。　　福岛核电站的沸水堆，是美国通用电气公司上世纪60年代推出的马克1型沸水堆。但据《纽约时报》报道，早在1972年，美国一位核安全专家就指出，这种反应堆型的建设应该停止，因为它呈现出不可接受的安全风险。同一年，后来主持美国国家核管理委员会的另一位专家也指出，禁用马克1型的
意见是中肯的，但这种技术已被广泛使用，立刻禁用将是核电工业的末日。　　福岛核事故之后，美国忧思科学家联盟核安全项目负责人大卫·洛克博姆(David Lochbaum)公开表示，如今福岛事故可能导致全球核危机，恰恰是当初没有禁用马克1型。　　张国滨说，沸水堆的主要缺陷在于一个回路的蒸汽具有放射性，用这种气体去驱动汽轮机，一旦破裂就会发生问题。与之相比，压水堆有两个回路，蒸汽不在压力容器中产生。　　“俗话说，甘蔗是没有两头甜的，两者各有利弊。”张国滨说，但从安全性上看，不得不承认压水堆的安全性更高，其原因在于，压水堆的压力容器内部压力约相当于150个大气压，要求安全壳比较厚。而沸水堆压力容器只有7至8个大气压，安全壳不需要那么厚，在结构简化、成本降低的同时，破损的风险也随之增加。　　有观点认为，对于日本这一个地震频繁的地区，使用沸水堆这样的结构，非常不合理。一位熟悉沸水堆技术的业内人士则对财新《新世纪》记者说，具体到此次福岛事故，换成压水堆机组也受不了，因为对海啸影响的预估没有那么大。　　不良记录　　福岛核电站很多设备已经老化，虽然不是这次事故的主要原因，但老化的设备可能会使事态更难控制　　实际上，这不是东京电力旗下核电站第一次发生安全事件。例如，2005年8月，7.2级地震导致福岛两座核电站中存储乏燃料的池子中部分池水外溢；2006年5月，福岛第一核电站6号机组发生放射性物质泄漏，公司方面称未对周边环境造成影响。　　2007年，东京电力公司承认，从1977年起对下属3家核电站总计199次的定期检查中，屡屡篡改数据，隐瞒安全隐患。其中，福岛第一核电站1号机组反应堆主蒸汽管流量计的数据被篡改，柏崎·刈羽核电站反应堆故障等关键信息被隐瞒。　　弗罗斯特-沙利文 Frost-Sullivan 咨询公司能源专家曹寅对财新《新世纪》记者表示，东京电力是一家具有不良记录的公司，在2007年新潟事件中也曾有过篡改和隐瞒安全记录，政府不得不介入调查。　　当年7月16日，日本新潟县柏崎市发生6.8级地震，柏崎·刈羽核电站距震中仅9公里，其3号机组变压器起火，6号机组含微量放射性物质的水流入大海。　　尽管没有带来严重影响，但徐红鹃等人在《防化研究》上撰文指出，此次事件也暴露出一连串问题，如事故现场只有几名未受过防灾培训的工作人员；核电站在地震当天发生各种问题约50起，但信息通报迟缓；该核电站在设计之初预计的最大震级仅为6.5级，抗震能力未达标。　　今年2月7日，东京电力公司刚刚完成了对福岛第一核电站1号机组的评估报告，指出这一机组已经服役满40年，出现一系列老化迹象，包括反应堆压力容器出现腐蚀，在高温、放射线照射等条件下混凝土强度低下等。而过去这些年也曾经多次维修，包括在2000年更换堆芯组件等。　　一座核电站退役后，不仅没有发电收益，还必须在十几年时间内维持系统运转和及时维修，以免辐射外漏，直到核电站内部的放射完全衰退。上述报告则为1号机组制定了继续服役20年的延寿计划，正式退役需要到2031年。　　曲静原表示，一般核电站堆芯设计都是40年，而根据美国经验，到了40年还可延寿20年，甚至到了60年还可延续，“效益非常好，扔了很可惜。”　　不过，他强调，核电站延寿首先需要经过严格审查，是不是满足现在的安全要求。　　中国环保部核安全司核电二处处长郝晓峰对财新《新世纪》记者说，大家一直觉得日本公司比较严谨，但其实也陆续暴露出一些问题。他们有时也不是严格遵守规程，受到过严厉处罚；有些机组尽管老化，还要再延寿。　　郝晓峰说，延寿不是不可以，但延寿的标准并不是看设备能否继续运转，更重要的是安全水平能否达到现在的水准。几十年前的安全性要求，与现在相比肯定有很大差距。　　井上正认为，虽然设备老化不是这次事故的主要原因，但老化的设备可能会使事态更难控制一些。　　台湾清华大学核能工程专家李敏博士告诉财新《新世纪》记者，福岛核电站事故确实已经超出电厂设计基准事故的范畴，但绝不是超出想象的事故，“在规划电厂安全措施时，在计算电厂风险和执行电厂人员训练时，这种类型的事故应该被讨论。”　　当然，李敏也表示，这么严重的天灾，核电厂外围设施无一幸免，如果一个运转 40 年的核电厂屹立不倒，未造成民众伤亡，已经证明其安全设计考虑的周详。　　重估核电价值　　各国都会在福岛事故后重新评估核电站的安全性，但人类也需要核电提供的能源，以减少化石能源消费，“重要的是如何在能源安全和核能安全之间取得平衡”　　福岛核电站状况的变化，让全球的神经为之绷紧。在中国，更是流言纷飞。　　一些专家频频在网站、电视台和纸媒接受访问，呼吁中国公众理性对待邻国日本的核泄漏。中国广东核电集团还从3月14日起在微博上发布信息，向公众普及一些基础知识。　　环保部核与辐射安全中心赵亚民研究员在一次公开的记者座谈会上表示，有公众误认为核电站发生的爆炸是核爆炸，但实际上，核爆炸属于不可控的核反应，在极度高温和高压的条件下发生，且使用很高浓度的铀；而核电站是可控的，使用低浓度铀，即使在最糟糕状况下，也不可能有原子弹爆炸那样的威力。　　但这些努力似乎收效甚微，核恐慌情绪迅速被放大。从3月16日起，“碘盐可以预防核辐射”和“中国沿海食盐可能被核污染”的说法广为流传，“抢盐”风潮从浙江开始，蔓延至上海、江苏、广东、北京、四川等省份的城市和乡村。　　中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所辐射防护室主任侯长松告诉财新《新世纪》记者，目前日本核电泄漏事故并不会对中国造成辐射影响，囤积碘盐毫无必要。放射性同位素碘只是核辐射释放的危险物质之一，而且，成人需每天摄入碘盐约3公斤，才能达到碘片的预防效果。短时间摄入过多碘盐，反而会造成诸多副作用。　　赵亚民也说，日本这次的辐射仅影响到福岛附近有限的海域，而海盐来自很多海域，没有必要担心
中国市场上食盐受到污染。　　“抢盐”风潮很快过去，但福岛事故对人们心理的影响很难消失。　　曾经在日本核电监管部门任职的岛村武久，退休后写过一本名为《原子力讲义》的书，称日本在美国影响之下盖了太多的核电厂，囤积了一大堆铀和钚，其他国家因此怀疑日本是否想搞核武器。而日本政府为了证明“清白”，又盖了更多核电厂来消化这些烫手的“山芋”。　　前述曾经参与切尔诺贝利后期处理的专家则认为，福岛核电事故后，预计日本将出现更强的反核声音。但核电占日本电力比例达到40%以上，暂时难以找到其他方式替代。　　在台湾，多名在野党“立委”及环保团体召开记者会，质疑岛内核电厂的安全性，要求兴建中的台电核四厂立刻停工，政府尽快对岛内其他三座核电厂作总体检。并扬言如不停工，将采取更大的抗议行动。　　在斯图加特，数万人走上街头游行示威，对德国几个月前决定延长17座核电站“服役期”平均12年的决定表达不满。三天之后，德国总理默克尔宣布，暂时关闭该国7座老式核电站三个月，并于6月15日前完成其余10座核电站的安全评估。　　德国联邦经济和技术部负责欧洲和国际能源政策的司长乌尔苏拉·博拉克女士在北京期间告诉财新《新世纪》记者，核电在德国一直备受争议，其焦点不在技术本身和核废料处置，而是“剩余风险”，即不可控风险。　　在亚洲，福岛事故引发的争论同样激烈。印度非政府组织全国反核运动联盟甚至敦促联邦政府立即关闭英迪拉·甘地原子能研究中心的反应堆，并要求中止库坦库拉姆核电项目反应堆的启用。　　毫无疑问，此次事故将拷问核电业的发展。王作元就指出，按照理论计算，切尔诺贝利、三里岛、福岛级别事故发生的概率低至十万分之一；但事实表明，核电发展的短短几十年内，此类事故已经发生了三次，“计算和实际情况是有差别的”。　　对核电反对者而言，他们希望福岛事故给各国的最大启示是摒弃核电。不过，英国剑桥大学核能专家托尼？罗尔斯登(Tony Roulstone)告诉财新《新世纪》记者，要证明这种观点，首先应该获得所有的数据信息，对福岛事故进行充分了解。如果不经过这个过程就轻易下决定，只能显示一国政府是建立在假设或缺乏证据的基础之上仓促行事。　　井上正认为，各国都会在福岛事故后重新评估核电站的安全性，但人类也需要核电提供的能源，以减少化石能源消费，“重要的是如何在能源安全和核能安全之间取得平衡”。　　财新《新世纪》记者刘志洁、倪伟峰，特派华盛顿记者章涛，特派纽约记者沈乎，记者汪苏、刘卫，实习记者游岚清、董淼、任姣洁对此文亦有贡献