福岛核事故启示:重视核安全核电发展趋势不改变-第2页-北极星核电网

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日本东北部于2011年3月11日发生9级强烈地震，外电网停电，1、2、3号核电机组自动停堆，与电网解列。作为备用电源的应急柴油机启动，维持余热导出系统，冷却反应堆。这时堆芯核裂变已经停止，但还有裂变产物的衰变热，大概相当于反应堆功率的6%，带走这些剩余热量是停堆以后要处理的主要问题。

现在，让我们看看在接下来的一些天中，福岛第一核电厂的6台机组发生了什么事情。由于东京电力发布的技术数据有限，来自不同渠道的信息不够准确，且有相互矛盾之处，现在只能做定性分析和评估，要做到定量尚需等待进一步的数据。

3月11日14：46发生地震，15：27海啸袭来，高度达14米的海水越过5.7米的海堤，淹没了应急柴油机及其冷却系统，燃料箱也被冲走了，核电厂处于“全厂断电事故”状态(Station Blackout，核安全领域专业术语，核电机组唯一电源是蓄电池，维持重要仪器仪表和照明)。这时，只有一个反应堆堆芯排出系统还能工作，它应用反应堆余热产生的蒸汽，推动汽轮机-水泵运转，将湿阱中的冷水打入反应堆压力壳冷却堆芯，汽轮机的乏汽排入湿阱冷凝，形成堆芯余热导出循环回路，如图2所示。这个系统工作条件是蓄电池有电，因为系统的阀门是电动的;另一个是湿阱水温低于100℃，在安全壳没有冷却的情况下，湿阱会很快沸腾。3月11日地震2小时以后，1号反应堆蓄电池用尽，冷却系统停运;12日3号用尽，14日2号冷却泵故障，2、3号反应堆失去冷却。从冷却系统停运，便开始了反应堆堆芯熔化过程。首先，余热使堆芯温度上升，压力升高，卸压阀开启，排放蒸汽，液位下降，燃料棒裸露、熔毁。燃料棒温度达到1200℃时，锆合金包壳与水发生锆水反应，释放氢气，这种放热反应进一步加热了堆芯。氢气混合有蒸汽从压力壳来到湿阱，后者超压冲破爆破阀进入干阱，进而充满混凝土安全壳和上部的服务层的钢结构建筑物。氢气在这些区域遇到氧气，产生了一系列的氢爆：1号机组3月12日发生两次氢爆，3月14日3号机组发生氢爆。2号反应堆的堆芯排出系统运行了较长时间，3月14日才停运，随后发生堆芯暴露和熔毁，次日发生3次氢爆。在一系列的氢爆以后，日本原子力安全委员会表示：积水中含有大量放射性物质说明1、2、3号机组的压力壳和安全壳都已破损。有消息来源，1号堆芯熔融体烧穿压力壳底部，坠落到安全壳底部。后来，反应堆处于海水冷却状态下，东京电力恢复厂区供电，并以淡水代替海水冷却反应堆。由于反应堆三道安全屏障相继贯穿，放射性物质直接向大气排放，严重污染了厂区和周围地区的环境。直到5月24日东京电力终于确认，1-3号反应堆堆芯大部分已经熔毁。

在人们把注意力集中到1-3号机组事故的时候，3-6号机组乏燃料水池发生了冷却不足，乏燃料烧毁和氢爆的问题。早在3月14日3号机组氢爆，累及4号机组建筑物屋顶受损，乏燃料水池就位于这一层中。大量瓦砾落入乏燃料水池，掩埋了燃料棒，也影响冷却水的流通。3月15日4号乏燃料水池水位过低，乏燃料裸露、过热、熔毁，造成4次氢爆，引起火灾，有大量放射性物质释放。4号乏燃料水池从这时就开始准备注入海水冷却作业，直到20日得以执行，时间的延误使事故扩大。这期间，3、5、6号乏燃料水池也发生水位下降温度升高。3号乏燃料水池17日开始注入海水冷却，5、6号温度20日恢复正常。

核事故按严重程度划分为七个等级，1-3级称为事件，4-7级称为核事故，5-7级要启动厂外应急响应。美国三里岛核事故为5级，前苏联切尔诺贝利核事故为7级。福岛第一核电厂日本原子力安全委员会初期定为4级(3月14日)，法国核安全当局定为6级(3月15日)，3月16日国际原子能机构接受4级的评价。以后，随着事故的扩大，4月12日将此次福岛核事故定为7级。

日本福岛核事故的启迪

首先要检讨当前国际上推行的核电机组延长寿命的工程。福岛第一核电厂投产于七十年代初，已经达到或接近设计寿命，经业主申请核安全当局批准，将使用寿命延长20年。这项工程首先开始于美国，三里岛核事故以后的32年间，美国没有新建核电机组投产，只能超期使用老机组来满足电力供需平衡，不得不启动延长寿命工程。三四十年前设计的核电机组安全标准较低，很难改进，许多设备老旧而又不可更新，许多核电业主多从经济角度出发，核安全管理当局囿于老机组难以退役的尴尬，这项工程风险很大，出现问题后果很严重。

我们看看福岛第一核电厂的延寿工程。东京电力在延寿申请中注意到了地震问题，2006、2008年两次提高地震的最大响应地面加速度设计标准达0.6g(g=9.8地心加速度，我国核电厂设计多采用0.3-0.4g)。此次地震，厂址测量到的数据是0.56g，1-3号机组自动停堆，转入余热导出工况，符合设计预期。问题出在51分钟后的海啸，14米高的海水越过设计高度5.7米的海堤。有关方面对强烈地震叠加海啸的设计假设是错误的，没能在延寿申请和审批中提高海堤的设防高度(这是可以做到的)，造成了全厂断电事故，产生严重后果。这一事故提醒人们，在严重外部事件叠加的情况下，要保证应急柴油机的可靠性。

再看看全厂断电以后，余热导出系统的问题。我们前边提到，全厂断电以后还保留了堆芯排出系统，因为它是用余热蒸汽驱动的。有些核电厂辅助给水泵也设计成电动汽动两种形式，这个思想很好。可惜的是，福岛第一核电厂这个系统的阀门是电动的，蓄电池的电用完了，整个系统也就停止工作了。我们设想一下，在延寿工程中如能采取措施保证这些阀门的动力源(耗能很少)，就可以延缓事故的进程。这里也提醒人们，在今后的核电厂改进中应该很好的利用停堆以后的衰变热。这部分能量大概等于核电厂总功率的6-7%，可以作为全厂断电工况下应急冷却系统的动力源。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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