Category Archives: 2012 灾难纪实

  日本核泄漏事故发生后，美国麻省理工学院科技政策与产业发展中心的博士Josef Oehmen撰写了一篇题为“为什么我不担心日本的核电站”的文章，以相对通俗的话语解释了核安全问题，在网络上流传甚广。 不过，因为其主业为“供应链危机管理”(supply chain risk management)研究，因此文章的一些观点也引起了部分读者的质疑。 其后，文章作者Josef Oehmen发出声明：本文原是他发给在日本家人的email。后经他表弟发布在自己的博客上后，得以病毒性传播。Josef特地声明他本人并非核电专家或工程师。 以下为文章正文： 我在这里写下这些文字，是为了让大家对在日本发生的事情——核反应堆的安全问题，感到放心。事态确实严重，但是已经在控制范围内。这篇东西很长！但是你读完之后，你会比世界上任何记者都明白核反应堆究竟是怎么回事。 核泄漏确实已经发生，但是在将来不会有任何显著的泄漏。 “显著泄漏”大概会是个什么程度？打个比方说，可能比你乘坐一趟长途飞行，或是喝下一杯产自本身具有高程度自然辐射地区的啤酒，所受到的辐射要多一些。 我读了自从地震(专题)发生以来的所有新闻报道。可以说几乎没有一篇是准确或是无误的（当然也可能是因为地震(专题) 发生之后在日本的通讯问题）。关于“没有一篇是无误的”，我并不是指那些带有反核立场的采访，毕竟这在现在也挺常见的。我指的是其中大量的关于物理和自然规律的错误，及大量对于事实的错误解读——可能是因为写稿子的人本身并不了解核反应堆是如何建造和运营的。我读过一篇来自CNN的3页长度的报道，每一个段落都至少包含一个错误。 接下来我们会告诉大家一些关于核反应堆的基本原理，然后解释目前正在发生的是什么。 福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆”（Boiling Water Reactors），缩写BWR。沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅类似。核燃料对水进行加热，水沸腾后汽化，然后蒸汽驱动汽轮机产生电流，蒸汽冷却后再次回到液态，再把这些水送回核燃料处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是250摄氏度。 上文提到的核燃料就是氧化铀。氧化铀是一种熔点在3000摄氏度的陶瓷体。燃料被制作成小圆柱（想像一下就像乐高积木尺寸的小圆柱）。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金（熔点2200摄氏度）制成的长桶，然后密封起来。这就是一个燃料棒（fuel rod）。然后这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元，接着这些燃料单元被放入反应堆内。所有的这些，就是一个核反应堆核心（core）的内容。 锆锡合金外壳是第一层护罩，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。 然后，核心被放入“压力容器”中，也就是我们之前提到的蒸汽压力锅的比喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大锅，设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。 一个核反应堆的所有的这些“硬件”——压力容器，各种管道，泵，冷却水，被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩的设计，建造和测试只是为了一个目的：当核心完全熔融时，将其包裹在其中。为了实现这个目的，在压力容器（第二层护罩）的下方，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，这一切都在第三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核心熔融，压力容器爆裂（并且也最终融化的话），这个大碗就可以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料能够向四周铺开，从而实现散热。 在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将各种风吹雨打挡住的外壳（这也是在爆炸中被毁坏的部分，我们稍后再说）。 福岛第一核电站1号机确实是通用电气的Mark I型沸水堆。新闻里露出钢筋的部分是最外部的厂房，里面的安全壳应该没事。 核反应的一些基本原理 铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子，这样就产生热量及中子（构成原子的一种粒子）。当中子撞击另外一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。 而现在的情况是，当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热，然后在45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困难的（不信你们可以去问问伊朗）。当年切尔诺贝利的情况是，爆炸是由于大量的压力积攒，氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩，接着将大量的融化的核心挥洒到了外界（就像一颗 “脏弹”）。这样的情况为什么在日本没有发生，及为什么不会发生，请继续看下面。 为了控制链式反应的发生，反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的：当一切正常运转时，所有的控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量（并转化为蒸汽和电力），并且在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。 而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后，核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止，但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品，比如铯和碘同位素，这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子，然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中，也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生（在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了），所以它们的数量会越来越少，然后在衰变结束的过程中，大约几天时间内，核心就会最终冷却下来。 目前让人头痛的就是这些余热。实如此，所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。这一切，无论我们看起来多么不可思议，但却是反应堆操作员的培训的一部分——从日常运营到控制一个要融化的核心。 于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最后，如果冷却系统无法恢复，核心就一定会融化（在几个小时或是几天内），然后最后一层防线——第三层护罩及护罩内的大碗，就将经受考验。 但是此时最重要的任务是在核心持续升温时控制住，并且确保第一层护罩（燃料棒的锆锡合金外壳），及第二层护罩（压力容器）能够保持完整并尽可能多工作一段时间，从而让工程师们能够有足够的时间修好冷却系统。 既然让核心冷却是那么重要的事情，因此反应堆内实际上有多个冷却系统（反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆核心隔离冷却系统，备用水冷系统，及紧急核心冷却系统）。而究竟哪一个失效了或是没有失效在此时无法得知。 所以想像一下，一个在炉子上的压力锅，持续地，慢慢地在进行加热。操作员在采取各种手段去消除其中的热量，但是锅内的压力在持续上升。于是当务之急是保住第一层护罩（熔点为2200摄氏度的锆锡合金），及第二层护罩——压力容器。而为了保住第二层护罩，其中的压力就需要时不时进行释放。因为在紧急时刻进行压力释放是一件重要的事，所以反应堆共有11个用于释放压力的阀门。操作员开始通过时不时地旋松阀门来释放压力容器内的压力。此时压力容器内的温度是 550摄氏度。 这就是关于“辐射泄漏”的报道开始的时刻。我在上文中解释了为什么释放压力的同时实际上会释放第二类放射性物质（主要是N-16和氩），及为什么这样做其实毫无危险。放射性氮元素和氩对于人类健康没有威胁。 … Continue reading →