福岛核事故及启⽰
摘要：本⽂详细叙述了2011年⽇本福岛第⼀核电站所发⽣的七级核事故，并分析了该次事件对⽇本及国际造成的影响，从技术、政府政策、民众素质等层⾯提出了福岛危机带给我国的经验教训。 关键字：福岛第⼀核电站；事件过程；核辐射；经验教训
0前⾔
2011年3⽉11⽇下午，在⽇本福岛第⼀核电站发⽣7级核事故。事故起因于⽇本东部海域发⽣的⾥⽒9.0级地震及引发海啸，导致位于本州岛东部沿海的福岛第⼀核电站停堆，并因断电导致若⼲机组发⽣失⽔冷却事故，继⽽多处反应堆⼚房被摧毁，⼤量放射性物质释放到⼤⽓。 在为这次核电重⼤事故惋惜的同时，我们更应该重视这次事故带来的教训。能源危机越来越严重的当下因噎废⾷是不现实的，要借此机会充分认识到核电发展在各⽅⾯存在的隐患，进⽽依靠科技的⼒量去避免或改进才为良策。
1福岛第⼀核电站概述
福岛第⼀核电站位于⽇本福岛县双叶郡⼤熊町沿海。因⽇本地处环太平洋地震带上，发⽣⾼强度地震的频次相对较⾼，伴⽣海啸发⽣的⼏率很⼤。但是因⽇本⼟地资源稀少，⼜考虑到海⽔冷却的便利性，迫使其只能把核电站设⽴在相对安全的沿海地区。
十病九痛
福岛第⼀核电站有六台机组，设置在在同⼀⼚址，均为沸⽔堆，属于东京电⼒公司，其具体运⾏参数见表1。
⽔堆来说多了⼀道屏障。在事故⼯况下，放射性物质外释的概率更低。
图11⾄5号机使⽤的典型沸⽔反应堆马克1号围阻体截⾯图
曹韵贞教授
1：堆芯与燃料棒，5：乏燃料池，8：压⼒槽，11：⼲井，18：⽔（湿井），24：抑压池
（湿井在围阻体底部形成⼀个环形槽）
从安全壳的设计⾓度看，福岛核电⼚安全壳为双层安全壳，内层安全壳为钢安全壳，外层为⾮预应⼒钢筋混凝⼟安全壳，钢制安全壳的内部总容积仅数千⽴⽅⽶，事故情况下，⼀旦反应堆内释放出⾼温⾼压介质时，其升温升压进程会较快，短时间内即可能达到其设计的承压极限，导致安全壳内放射性物质向环境释放的可能性加⼤，由此可以看出，其在事故期间对放射性物质的包容性相对较弱。⽽⾮预应⼒钢筋混凝⼟结构的外层安全壳，承载能⼒相对较差，与先进压⽔堆的钢筋预应⼒混凝⼟安全壳相⽐，在事故情况下，其失效风险相对较⾼。
从安全设计⾓度来看，福岛沸⽔堆对外部电源有很强的依赖性。其在丧失全部交流电后，不得不依靠堆芯隔离冷却系统（RCICS）来实现堆芯冷却和堆芯注⽔。这个系统最重要的动⼒源是需要蒸汽驱动汽轮机，带动⼀个⽔泵。蒸汽在堆芯产⽣，经过顶部的汽⽔分离器，进⼊主蒸汽管线，然后驱动这个汽轮机，带动⽔泵，把上⽅的冷凝⽔箱的⽔注⼊到堆芯中，以此达到堆芯冷却的⽬的。
此外，福岛第⼀核电站消氢装置的设置也不尽合理。作为60年代的标准设计，福岛核电⼚针对严重事故⼯况下反应堆可能释放出的氢⽓，未安装相应的氢⽓浓度探测装置和消氢装置。因此，在本次事故进程中，造成⼀、⼆、三号机组最终因为氢⽓浓度不断增加⽽发⽣氢爆，破坏了包容放射性物质的最后⼀道屏障。
2事故过程
2011年3⽉11⽇下午13时46分⽇本仙台外海发⽣⾥⽒9.0级地震。地震时，福岛第⼀核电站⼀号、⼆号、三号机组处于正常运⾏状态，四号、五号、六号机组处于停堆换料
⼤修中。地震发⽣后，控制棒上插，反应堆安全停堆。停堆后堆芯热功率在⼏分钟内由正常的1400兆⽡下降到只剩余热，但仍有约4%的热量，功率持续下降，但下降速度变慢。
为保证堆芯冷却防⽌超压，⼯作⼈员计划由安注系统向堆芯补⽔。但地震摧毁了电⽹，⼚外电源不可⽤后启动应急柴油机，向堆芯内注⼊清⽔（⾮含硼⽔）。⼤约⼀⼩时后，海啸袭击，导致柴油机房被淹，15时41分⼀号和⼆号机组的应急柴油机宣布不可⽤。此后只有容量较⼩的蓄电池，在事故后8⼩时内为压⼒容器的冷却做了⼀定贡献，但仍未阻⽌⼀、⼆、三号堆芯冷却失效。⽇本⾃卫队紧急运送更多备⽤发电机到福岛第⼀核电站，此时才发现柴油发电机的接⼝和核电站的接⼝不兼容，堆芯冷却暂时停⽌。[1]⼀号机事故过程
2.1
2.1⼀号机事故过程
由于冷却系统故障，⽇本政府于11⽇16时36分宣布进⼊“核能紧急事态”。稍后，由于⼀号机组的反应
堆⽔位监测功能恢复正常，警戒状态得以解除，但是在17时07分⼜重回警戒状态。
3⽉12⽇清早，东京电⼒公司报告，多处移动探测车测到了正在升⾼的放射性碘和铯，汽轮机房的辐射强度正在升⾼，公司开始考虑卸压，排放含放射性物质的热⽓进⼊⼤⽓层。上午，⼀号反应堆内部压强是“设计容量”的三倍。安全壳内部越来越⾼的
温度可能引起压强的增⾼，⽽冷却⽔泵和促使热⽓通过热交换器的风扇都必须依赖可靠的电源。为了保住压⼒容器，操作员必须要卸压，防⽌压⼒容器超压爆炸。13时30分，⼀号机组附近探测到放射性铯-137和碘-131，这意味着堆芯已经暴露于空⽓，从⽽发⽣部分堆芯熔毁或核燃料棒护套损毁。此时压⼒容器内的温度约为550摄⽒度，堆芯已经裸露并产⽣⼤量氢⽓，故含有氢⽓的蒸汽，通过卸压⽔箱简单的降温和过滤就被排放到⼚房⼤⽓中。3⽉12⽇15时36分，⼀号机发⽣氢⽓爆炸。四名员⼯因此受伤。反应堆⼚房的屋顶及外墙的上半部分被炸毁，只剩下钢结构。政府官员表⽰，反应堆的安全壳仍旧⽆损，并没有发⽣⼤规模放射性物质外泄。20时05分，按照《核能管控法》和⾸相菅直⼈的指⽰，⽇本政府命令向⼀号机内注⼊海⽔，尽⼒冷却反应堆可能会熔毁的堆芯。21时，东京电⼒公司发表，已经在20时20分开始将海⽔注⼊于反应堆，准备稍后⽤硼酸为中⼦吸收剂注⼊于反应堆，希望这动作可以促使避免发⽣“临界事故”。23时，东京电⼒公司发表声明，由于在22时15分⼜发⽣地震，暂时停⽌注⼊海⽔，稍后⼜重新启动。
在3⽉13⽇11时55分，操作⼈员开始通过灭⽕系统将海⽔注⼊⼀、三号机围阻体。在3⽉14⽇1时10分，由于所有储⽔池内的海⽔都已⽤尽，只好暂时停⽌注⼊海⽔。3时20分⼜恢复⽔源供应。3⽉14⽇5时，核电站附近的辐射剂量率测量⼤约为0.038微希沃特每⼩时，15时进⼀步降为0.035微希沃特每⼩时。
⼆号机事故过程
2.2
2.2⼆号机事故过程
3⽉14⽇13时25分，2号机的冷却功能停⽌。此时，冷却⽔⽔位正在降低，2号机的4⽶长核燃料棒已经完全暴露约140分钟之久，直到20时07分，核燃料棒仍旧有3.7⽶暴露在外，有堆芯熔毁的可能性。此后⼯作⼈员成功地将海⽔注⼊反应堆，覆盖了核燃料棒下半段但是上半段仍旧暴露在外。21时37分，东京电⼒公司报告，在核电站⼤门测量到的最⾼辐射剂量率3130微希沃特每⼩时。在22时35分，辐射剂量率降低⾄326微希沃特每⼩时。⼤约在23时整，4⽶长的燃料棒⼜第⼆次完全暴露。东京电⼒公司发表，3号机的氢⽓爆炸可能引起2号机冷却系统发⽣故障，因为⽤来冷却2号机的五个⽔泵之中，在3号机爆炸之后，其中四个已失效，剩下的⼀个⽔泵也短暂的停⽌⼯作。由于压⼒槽的⼀个⽓流流量计不⼩⼼被关掉，造成压⼒槽内部的压强升⾼，海⽔不能正常注⼊，造成燃料棒完全暴露。为
了补充海⽔，⼯作⼈员必须先开启⼀个⽓阀，降低压⼒槽内部的压强。在3⽉15⽇4时11分，⽓阀开启成功，⼜可以将海⽔注⼊反应堆。
3⽉15⽇6时10分，2号机传出爆炸声。爆炸可能损坏了压⼒槽下⽅的抑压系统。核电⼚内800名⼯作⼈员中，不必要⼈员都开始撤离，只留下50⼈员敢死队，称为福岛50勇⼠，继续冷却⼯作。在爆炸之前辐射等效剂量率⼤约为73微希沃特每⼩时，在爆炸两个⼩时之后，等效剂量率很快就升⾼⾄8217微希沃特每⼩时。爆炸发⽣3⼩时之后，继续提⾼⾄11900微希沃特每⼩时，冷去失败。
3⽉18⽇，东电公司指出，核电站在地震后处于停电状态，应急发电机也因海啸⽽出现故障⽆法使⽤，⼀、⼆、三号机组的核反应堆已⽆法冷却，如要恢复冷却功能，必须先修复外来电源。该公司在3⽉17⽇之前，已铺设了向⼆号机组输电⽤的新的电缆，并在3⽉18⽇进⾏发电站内部进⾏接续作业。这项作业⾸先在设备损坏程度较轻的⼆号机组进⾏，并希望18⽇晚上就能恢复输电以启动冷却装置。
三号机事故过程
2.3
2.3三号机事故过程
3⽉13⽇清早，新闻发布会报告三号机的紧急冷却系统也已失效。5时38分，由于失去电⼒，⽆法将冷
却⽔注⼊反应炉。⼯作⼈员开始修复电源，降低⽓压。混合氧化燃料棒⼀度曾经有3⽶暴露在外，没有被冷却⽔遮掩。原⼦⼒安全保安院的官员表⽰，⽔位计显⽰⽔位升⾼⾄只覆盖了燃料棒2⽶的位置，这是⾮常严重状况，很可能燃料棒会遭受损坏。其它计表的读数与这数据有差别，可能⽔计表也发⽣故障。7时30分，东京电⼒公司开始准备外释放射性蒸⽓，技⼯⽤⼿操作，缓慢开启⽓阀，降低压⼒槽内的压强。9时20分，顺利完成整个程序。9时25分，开始通过消防泵将含有硼酸的⽔注⼊压⼒槽。13时12分，由于⽔位继续降低，压强不断升⾼，所以决定改使⽤海⽔。15时整，东京电⼒公司表⽰，虽然注⼊⼤量海⽔，反应炉内的⽔位并没有升⾼，辐射量反⽽增加。
3⽉14⽇1时10分，由于储⽔池的海⽔完全罄尽，海⽔注⼊作业暂时停⽌。3时20分，⽔源恢复，继续注⼊海⽔。上午11时01分，三号机也导致氢⽓爆炸，造成7⼈受伤、11⼈下落不明，但核装置保护设施尚未受损。
3⽉16⽇上午，有消息传出四号机因过热冒出⽩烟，其后证实三号机组因“耗乏燃料池”⽆法冷却，⽔分蒸发成⽔蒸⽓，从⽽形成了⽩烟并发⽣⽕警，⼚房内辐射⽔平⼀度急升，全部⼯作⼈员撤离，其后辐射⽔平稍为回落。随后政府官员表⽰，三号机组的安全壳部分可能受损，放射性物质可能随蒸⽓向外扩散，正计划向核电⼚注⼊硼酸，减低核裂变速度。同⽇下午，⽇本仙台市内霞⽬驻地的陆上⾃卫队第1直升机团曾尝试⽤直升机吊运⼤型盛⽔容器，将⽔注⼊三号机组内以作降温，但未能成功。
3⽉17⽇上午9时48分，9时52分，10时00分，三架航空⾃卫队CH-47直升机分别实施了三次⼈⼯降⽔（每架飞机载⽔7.5吨），可是效果不佳。3⽉18⽇，当局再次向受损的三号机组注⽔降温。经过陆空两路的灌⽔⼯作，核电⼚周围的辐射⽔平在当天轻微回落，并在远处可见⽔蒸⽓从反应堆⼚房升起。⾃此，三号机组情形逐步缓解。
2.4四、五、六号机组事故过程
3⽉11号⼤地震发⽣时，四号机组因定期维修正处于关机状态。此时所有的燃料棒都被搬运到位于建筑物最上层的乏燃料⽔池，以冷却乏燃料衰变热。3⽉14⽇乏燃料池的⽔温上升到84℃，⽐正常⽔温⾼出近60℃。3⽉15⽇6时，因氢⽓积累导致乏燃料池附近发⽣爆炸，损坏了四号机的屋顶和三号机的部分建筑。9时40分，乏燃料池着⽕，导致外层建筑物崩落，乏燃料外释，造成放射性污染。12时整，员⼯将⼤⽕扑灭。3⽉16⽇5时45分，四号机⼆次起⽕，外壁两次破洞，⼤⽕三⼗分钟后熄灭。但此时四号建筑物的⼤半外墙已经倒塌，公司决定开始⽤直升机向四号机喷洒硼酸。
3⽉16⽇，五号及六号反应堆出现温度微升，⼯作⼈员灌⽔进⼊这两座反应堆中，以冷却降温。3⽉18⽇⽇本原⼦⼒安全保安院指出五号及六号反应堆电⼒供应中，确认过核
燃料池已注满⽔。3⽉19⽇⽇本原⼦⼒安全保安院指出六号机两台紧急柴油发电机启动并提供电⼒给五号机过核燃料冷却系统，冷却系统正常运⾏。
3事故后果
⽇本福岛核事故发⽣后，多次爆炸和泄压过程造成了⼤范围的核辐射污染，⼤⾯积的隔离区使数万计的居民背井离乡，家园何时重建，孩⼦何时上学，电⼒何时恢复，核辐射是否影响健康都是未知数。现如今地震已经过了九个⽉，从长远来看，这场不幸的天灾引发的诸多⼈祸事故，究竟对⽇本带来哪些深远影响？二维力传感器
核辐射对环境的影响
3.1
3.1核辐射对环境的影响
事故当时，⼀、三、⼆号机组相继爆炸，四号机组⼚房轻微破损，使得放射性物质释放到⼤⽓中去。3⽉19⽇在这四台机组边界西门放射性剂量率为0.3131mSv/h，北门为0.2972mSv/h；IAEA持续监测，3⽉20⽇21点，辐射监测仪表测量的数据显⽰，福岛第⼀核电⼚西门放射性剂量率为269.5µSv/h、服务⼚房北部数据3054.0µSv/h；3⽉21⽇22：00，辐射监测仪表测量的数据显⽰西门放射性剂量率为269.5µSv/h，北门为2019.0µSv/h。由图2可以清晰看出12⽇到20⽇⽇本上空辐射量的变化。
图23⽉12⽇—20⽇⽇本部分地区辐射计量的变化
事故初期，由于机组事故状态没有得到有效控制，堆芯损坏程度不断加剧，放射性物质持续排放，导致福岛核电⼚附近居民的应急撤离半径逐步扩⼤，从开始的撤离半径3km到后来的10km，最后扩⼤到20km，同时要求居住在20-30km范围内的居民留守室内，避免过量的放射性物质吸⼊以及沉降污染。
在事故发⽣后，东京电⼒公司⼀直努⼒采取各种补救措施，以抑制堆芯的劣化，并减少放射性物质的排放。但是环境放射性⽔平监测证实福岛第⼀核电⼚存在⼤量的放射性泄漏，环境放射性指标持续升⾼，尤其是邻近海域测出⼤量放射性核素。核辐射对⼈体健康造成的危害是难以估计的。以当年的切csf
尔诺贝利事件为例，当时数以千计的⼉童⾷⽤受污染的⽜奶后患上了甲状腺癌；此后⼏⼗年很多畸形胎⼉出⽣；乌克兰和⽩俄罗斯⾄少拨出⼗亿美元⽤于对死伤者的赔偿、救治和护理。从⼈⽂的⾓度分析，核辐射对⽇本民众造成的损失是惨重的。
核辐射对海洋⽣物也有巨⼤影响。⼏千吨的核污染废⽔排⼊太平洋虽然不能造成海洋⽣物直接死亡，但⼀些半衰期较长的放射性同位素会在⾷物链中积聚起来，有可能导致鱼类和海洋哺乳动物体数量死亡率上升的问题。[2]⽣态系统及⽣物圈的不确定因素也导致我们⽆法正确估计其影响⼒，但是毫⽆疑问，⼤⾃然会再次对这次核事故做出超出
科学家和⽣态学家预估的反应。
对经济的影响
3.2对经济的影响
3.2
⾸先，核泄漏给⽇本农牧渔业带来的打击是致命的。福岛事故后，⽇本不少地⽅相继检测到了放射性的碘、铯、氢、氙、氪等元素，放射性污染使得当地⽜奶、新鲜蔬菜，如菠菜、春葱等的放射性剂量已经超过⽇本相关部门规定的⾷⼊限值。
高顺青
同时，东京电⼒公司还排放了9000吨核污染的废⽔进⼊⼤海。经过核污染的辐射，海洋⽣物都受到很⼤影响，对⽇本的渔民起到了很⼤的冲击作⽤，⽇本的餐饮业也会遭受到深远的影响。核污⽔⼊海甚⾄会对邻近国家如韩国中国近海的渔业产⽣⼀定消极作⽤。
其次，地震和福岛核事故间接导致了⽇本汽车、电⼦⾏业的萎缩。⼀⽅⾯，核电站爆炸将长期导致⽇本电⼒供应不⾜，⼯⼚停产将导致⽇本产业特别是重⼯业⽣产的延滞。
[3]另⼀⽅⾯，⽇本掌握着汽车零部件、电⼦产品中⾼端零件的⽣产，⼤地震将迫使全球众多合资⼚商⾯临缺货困境⽽不得不停产⼀年两年，没有替补产品的情况下很有可能导致其市场份额缩⽔。机遇分析
4事故原因及经验教训
技术问题
4.1技术问题
4.1
核电站选址
4.1.1核电站选址
4.1.1
福岛核事故带给我们最直观的印象就是不要把核电站建在可能引发海啸或其他地质灾害的地⽅。核电站的选址⼿册上清楚地写着“⼚址的⾃然条件必须满⾜核电⼚选址的技术要求，应尽可能的避免或减少⾃然灾害（如地震、洪⽔及灾害性⾃然条件）造成的后果，并应有利于排出的放射性物质在环境中稀释。”然⽽原则性的东西说起来简单，实践却很困难。⾸先，如何能准确预⾔灾害在⽬前来说就是⼀个还未攻克的难题。
和前苏联相⽐，⽇本整个国家地形狭⼩，且处于地震带，所以即使发⽣了⼤规模核电事故也不可能像切尔诺贝利事件⼀样划出近30公⾥的⽆⼈地带，故核电站的选址务必慎重。[4]表⾯上，福岛第⼀核电站在选址时对特⼤⾃然灾害的综合评估不⾜是导致此次灾难的直接原因。福岛核电站的抗震性能是符合要求的，是更加不可预期的海啸导致冷却系统失灵，进⼀步引发核危机。
4.1.2
应急策略不完善
4.1.2应急策略不完善
压⽔堆和沸⽔堆⼀个⽐较显著的差别就是压⽔堆⼀回路中流过的是硼酸溶液，⽽沸⽔堆⼀回路中流过
的是清⽔。所以⼀旦往沸⽔堆中注⼊降温效果更好的硼酸溶液，会给反应堆的运⾏带来负影响，⼀般反应堆就变得不可再次利⽤。
地震发⽣后操作⼈员开始通过安注系统向反应堆内注⽔，虽然有机会，但是直到爆炸发⽣也没有向堆芯内注⼊硼⽔。⼀⽅⾯东京电⼒公司不希望反应堆就此报废，⼀⽅⾯是对反应堆的承受能⼒抱有侥幸⼼理。客观的说，操作⼈员在最⼤限度的保护反应堆，但是没有最⼤限度地保护公众的安全。
有媒体说这次事故是东京电⼒公司见利忘义的⼈祸，从这个⾓度讲，不⽆道理。
安全应对策略缺陷
4.1.3安全应对策略缺陷
4.1.3
在核安全故障分析中，研究⼈员⼀般会把⼀些概率很低的事件忽略不计。⽽福岛经验告诉我们，有些被忽略的事情可能恰好同时发⽣了。福岛核事故是特⼤地震、特⼤海啸、全⼚断电、应急柴油机损毁、辅助给⽔系统瘫痪等⼀系列⼩概率事件同时发⽣造成的。
正常情况下，核电站有⼀套完善的安全运⾏系统。其次序为：停堆→柴油机组启动，向应急冷却系统供电→柴油机组失效时，蓄电池向应急冷却系统供电→柴油机
组失效且蓄电池失效时，运来的柴油机组，向蓄电池充电。但在福岛核电站柴油机组失效，不得不使⽤“蓄电池向应急冷却系
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