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4、从灾难中汲取教训
2011年3月11日14时46分(日本时间),日本东海岸外的日本海沟发生9.0级大地震,震源距离福岛第一核电厂约130公里。地震发生时,福岛第一核电厂的1、2和3号机组处于功率运行状态,4、5和6号机组处于停堆换料和大修维护阶段。当核电厂的地震传感器探测到地震后,自动对正在功率运行的1、2和3号机组实施了停堆保护。
虽然核电机组的反应堆被停闭,但存在于核燃料中裂变产物的衰变热仍然需要被排出,这也包括存放于乏燃料水池中的已辐照燃料。冷却系统通常需要交流电源提供动力和直流电源提供控制和监测,但地震导致外电网全部被破坏,外部电源的供应丧失,厂内应急柴油发电机自动启动,蓄电池的供电也没有问题。或者核电厂的安全系统自动动作,或者操纵人员按规程采取了行动,似乎核电厂的一切都处于控制之中。
大约40分钟后,第一波海啸到达厂址,但海啸爬升高度只有4~5米,处在防浪堤的防护高度之下。在第一波海啸到达大约10分钟后,第二波海啸到达厂址,海啸爬升高度达到约15米,海水涌入厂区,导致除6号机组一台位于较高位置的附加气冷柴油发电机外,其他所有的应急柴油发电机失效,海水也导致1、2和4号机组的直流电源失效。这使核电厂运行人员面临困难的局面,因为虽然严重事故管理指南中提供了对全厂断电工况进行处理的指导,但必须保证直流电源的存在,以提供必要的监测数据和控制电源。操纵员和应急响应人员必须重新审查可用的方案并确定恢复电源的可能方法。
直到3月17日至20日,外部电源陆续才连接到现场。1号和2号机组在全厂断电约9天后恢复了外部电源供应。3号和4号机组在全厂断电约14天后恢复了外部电源供应。6号机组又恢复了1台水冷柴油发电机,向5号和6号机组供电,随后5号和6号机组实现了冷停堆。1至3号机组则按照东京电力公司制定的路线图,在维持反应堆和乏燃料水池的持续冷却、监测和减少放射性物质释放、控制氢气聚集及预防堆芯重返临界方面开展后续工作。
在事故发展过程中,包括美国核管理委员会在内曾经很担心乏燃料水池,特别是4号机组乏燃料水池内存贮的大量乏燃料的安全,甚至推测乏燃料与水反应可能产生氢气,所以使用直升机、高压水枪、消防车和混凝土泵车等对3号和4号机组的乏燃料水池进行了补水。但后来对乏燃料水池的检查表明,乏燃料没有出现明显的损伤,美国核管理委员会后期承认,在福岛第一核电厂事故期间对乏燃料水池的风险估计过高。
事故过程中,1、3和4号机组的反应堆厂房先后发生了爆炸,爆炸极大地影响了相关的事故处理工作。1号和3号机组的爆炸是由于熔融堆芯与水发生反应产生了大量氢气,但4号机组反应堆压力容器内并无燃料,事后推测是3号机组产生的氢气通过通风管道泄漏到了4号机组反应堆厂房。
由于事故过程中安全壳密封性能的损坏,或者是对安全壳实施了卸压通风(安全壳卸压通风是严重事故管理指南中提供的措施,但卸压时机很重要。在堆芯已经熔毁后实施卸压,大量的放射性物质则会进入环境),大量的放射性物质,包括放射性废水进入环境,造成了严重的环境后果。福岛第一核电厂1、2、3号机组采用了MARK-I型安全壳,美国电厂安全评价计划和外部事件下的电厂安全评价计划的结果显示,其安全壳下部的环形抑压池是薄弱环节。福岛第一核电厂事故向环境大量放射性废水的排放,很可能是抑压池的损坏所致。
后期评估表明,在福岛第一核电厂事故中,1号机组反应堆堆芯的损坏大约发生在海啸后第4~5小时,在海啸后约6~8小时熔化的堆芯熔穿了反应堆压力容器底部,在海啸后约12小时观察到放射性物质释放,在海啸后约23小时对安全壳卸压通风时导致了大规模放射性物质释放。2号机组在海啸后约76小时发生了堆芯熔化,在海啸后约89小时由于安全壳压力边界的失效导致放射性物质释放。3号机组大约在海啸后43小时堆芯开始熔化,由于抑压池的爆破盘破裂,海啸后47小时开始大规模放射性物质释放。
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