【地震特輯】國家地理:日本核災難有何不同?

2021-01-14 果殼網

如圖是車諾比四號反應堆的控制室,反應堆設計、風向、通訊和別的因素都會影響核事故的嚴重程度。

幾十年來,三哩島核事故和車諾比核事故被視作核能失控噩夢的代表。在日本上周災難性的地震和海嘯之後,福島第一核電站還在持續的災難與車諾比事故和三哩島事故組成了可怕的核事故三重奏。

福島核電站最後到底會造成多大的危害還有待觀察。它六個反應堆裡有四個都出了問題,在四天裡發生了三次爆炸,兩個反應堆安全殼受損,核乏燃料可能過熱,留守的五十名員工受到危險的核輻射,自身的安全越來越沒有保障。

不過現在已經可以總結出福島的核危機跟1979年美國賓夕法尼亞州三裡島核危機和7年後蘇聯車諾比核危機的主要區別了。

反應堆類型

始建於20世紀七十年代的日本福島核電站,是由六個沸水反應堆(BWRs)組成的,它是輕水反應堆的一種(使用普通的水,和使用氧化氘的「重水反應堆」不同)。三哩島使用的輕水反應堆裡另一種叫做壓水反應堆(PWR)的技術。該行業的非盈利性研究機構美國電力科學研究院核部門的副會長裡爾 .溫赫斯特 (Neil Wilmshurst)說:在這些反應堆裡水主要起到兩個作用:它是冷卻劑,把熱量散發出去;它也是減速劑,減緩裂變反應時中子的速度。

在PWR(壓水反應堆)裡,水是在一定壓力下儲存。溫赫斯特 說,這意味著裡面水的溫度會比正常情況下沸點高,並且也不會產生很多蒸汽(冷卻效率較低)。系統中反應堆芯的運行溫度較高,導熱也更有效率。而沸水反應堆運行的溫度較低,結構也更簡單。

車諾比的反應堆類型叫做石墨慢化輕水冷卻壓力管反應堆(RBMK)(是俄語「reaktor bolshoy moshchnosty kanalny"的縮寫),它也用水做冷卻劑。但和輕水反應堆不同的是,它用石墨做減速劑。根據位於倫敦的世界核協會(一家工貿組織)所說,除了俄國的幾座核電站,世界其他地方的核電站都沒有採用車諾比式的拿石墨做減速劑水做冷卻劑的混合建法。

大部分美國的核反應堆用的是沸水反應堆(BWR)或壓水反應堆(PWR)技術,溫赫斯特 和電力研究所表示這兩者「同樣安全」。兩種反應堆類型都有自我調節或者「負反饋」設計:當反應堆變熱時,裂變反應就減慢,降低功率。而車諾比的RBMK型設計卻可能會發生正反饋,當高溫引起功率升高時,返回來又會繼續使溫度上升。

事故原因

溫赫斯特 表示,這次福島的核事故,海嘯是最直接的原因。根據核電站的設計,在地震後電站就會關閉運行。當一個小時後海嘯來襲時,站點的基礎設施被毀壞。所以當地震切斷了反應堆的外部電源供應之後,冷卻泵就沒辦法繼續工作,而海嘯則讓給冷卻系統供能的備用柴油發電機陷入癱瘓。電池供電最多只能持續八個小時,只能用移動發電機來代替。

然而憂思科學家聯盟(the Union of Concerned Scientist)核安全項目的負責人,在三個與日本類似的美國核電站工作過的大衛洛赫鮑姆(David Lochbaum)說,現在確定那些事情到底導致了什麼結果還為時過早。

根據1979年關於三哩島核事故的最終文件——凱梅尼(Kemeny)委員會報告所述,「設備故障引發了那次事故」,但是「操作失誤」是「事故最根本的原因」。應急冷卻系統被關閉,造成嚴重後果。報告說,如果電廠工作人員(或者負責監督的人)在事故剛發生時就開著應急冷卻系統的話,三哩島核事故將是一個「相對比較小的事故」。

而車諾比反應堆中,溫赫斯特 說,「安檢措施的漏洞和疏忽」導致了那次災難。根據聯合國一份最近的報告所說,反應堆功率突然增大引起蒸汽噴發導致反應堆容器破裂,這使得「燃料蒸汽相互作用毀壞了反應堆芯,並嚴重損壞了反應堆建築」。

理解危機

自從三哩島和車諾比之後,幾十年來,反應堆裡的事態真相已經越來越容易為人所知。

就像三哩島事故期間在美國核管理委員會(Nuclear Regulatory Commission)工作的皮特布拉福德(Peter Bradford)本周所說「在三哩島的時候,我們到第三天所了解到的信息最後證明都是錯誤的。」燃料熔化擴大的程度,甚至第一天容器內就發生了氫氣爆炸的原因數年仍不明朗。「我們不了解的信息太多了……」他說。

據1979年的凱梅尼報告,在三哩島事故發生的最開始幾分鐘裡,響起了超過一百次警報聲,但是沒有一個可以區別出更緊要信息的系統。調查委員會的成員寫到:「總之,在事故快速變化和混亂的情況下,沒有人注意此時如何做好人機信息交互的問題。」

與之相反,布拉福德說,現在的計算機水平和信息傳輸技術使得日本政府能夠更容易了解在福島的四個出問題的反應堆裡是什麼情況——至少理論上是如此。「他們還有這麼多地震和海嘯的信息要處理,這些是三哩島事故時所沒有的複雜情況,因而我覺得情況一樣複雜」布拉福德說。

遏制輻射

就像三哩島核電站一樣,福島核反應堆有三層屏障來防止輻射洩漏,包括核燃料周圍包裹的金屬層,反應堆壓力容器和主要安全殼。溫赫斯特 說,而車諾比沒有安全殼。

一旦放射物釋放到環境中去,它會汙染一大片區域。「汙染程度並不是線性相關的」洛赫鮑姆說,「隔得越遠,但是並不一定輻射水平越低。」他解釋說。在其它的因素中,強風會影響受影響的區域。在車諾比實事件中,離核電站100英裡(約160公裡)之外的一些區域的輻射水平甚至比離核電站10到20英裡區域還要高。

「車諾比模式很詭異,」萊姆說,輻射水平「由於反應堆自身問題和石墨著火而變得非常高。」石墨著火之後一直燃燒了十天,天氣在這期間也一直在變化。放射性氣體和微粒被風吹走進入高層大氣,經過長途旅行,直到變成雨水降落在離汙染源很遠的地方。

最終,三哩島事故的核輻射並不是很高,在人群中也基本沒有觀察到對健康有多大的影響。這次事故在國際核事故的七級標準中被定為五級,是一次「造成局部及之外地區影響的事故」。車諾比則是一次七級重大事故,核輻射影響了成千上萬的人。

福島核電站目前的安全級別是五級事故。但是這個安全級別最終會升到多高還不確定。離核電廠290公裡遠的東京,測到的輻射最大值是在周二,比正常值高23倍,但是那天後來輻射水平就降到了正常水平的十倍大小。

輻射劑量

美國國家研究委員會(NRC)的數據顯示,在美國,來自於自然背景和諸如醫療診療等人造輻射源的平均輻射劑量是每年620毫雷姆(mrem)。

1毫西弗(mSv)等於100毫雷姆。據美聯社報導,日本日本勞動和福利健康部(The Japanese Ministry of Health Labor and Welfare)周三將核電站工作人員的輻射上限從100mSv提升到250mSv。核能研究所的數據顯示,周二晚上核電廠的放射性一度達到每小時1190毫雷姆,但是六個小時之後降到了每小時60毫雷姆。

根據聯合國報告和美國核管理委員會的調查,車諾比核電站最初爆炸發生時,導致當時在場的600名工人中的134人染上急性放射性疾病,他們吸收了高達8萬到160萬毫雷姆劑量的輻射。這些人裡面有28人在三個月內死去,另有兩人死於燒傷和接觸放射性物質。根據世界衛生物質的數據,最終有大約4000人的死亡可能要歸因於車諾比核電站的核輻射。

從公共衛生的角度來看,車諾比帶來的最大的影響是引起暴露在核輻射中的青少年與兒童甲狀腺癌的爆發(目前有超過6000個病例),他們通常是喝了被汙染的牛奶而染病。

應急通信

溫赫斯特 說,如今的全球核工業已經聚集起來互通信息來努力解決福島的核危機。比起三裡島和車諾比的災難,現在很明顯行業間有了更多的溝通。

核危機期間的交流,當然需要跨行業之間進行,在這方面管理核電站的東京電力公司正面臨著嚴厲的指責。周二的時候國際原子能機構總幹事天野之彌(Yukiya Amano)呼籲日本方面加強溝通。根據共同社消息,日本首相菅直人在周二一個會議上警告東京電力公司,因為他沒有接到東京電力公司的報告,而是在電視上看到新聞才知道一起核電站爆炸。據報導他要知道「到底是什麼情況?」

在三哩島事故剛出現的時候,即便當時試圖冷卻反應堆和穩定核電廠的措施都還沒有奏效,官員們卻試圖讓公眾相信「危險已經過去」。在車諾比的時候,信息不可能像如今在微博上傳遞的那麼快。總部位於倫敦的工貿集團世界核協會認為,車諾比「是冷戰隔離政策和它導致的缺乏安全常識的直接結果。」

美國環境保護局在1986年的一個期刊文章上寫道:「車諾比起初是一場不為人知的災難。」事實上,當時國際社會最早發現有重大核事故的證據來自於瑞典,在那兒發現核電廠工人衣服上有放射性微粒,去尋找這些放射性物質的源頭時才知道有核事故。根據環境保護局的文件,第二天,蘇聯新聞社證實了車諾比的核事故,但是沒有提供更多的細節。「這導致的信息缺失使得各種謠言滿天飛,從對死亡人數的胡亂猜測到推測火災也會在相鄰反應堆發生等等。」

隨著日本核危機日益嚴峻,官方在事後對逐漸惡化的形勢的估計錯誤也受到了抨擊。能源與環境研究所所長阿爾瓊.梅基耶裡(Arjun Makhijani)批評日本當局「工作就像照著一本首頁寫『什麼?有什麼可擔心的?』的劇本在做一樣。」

梅基耶裡要求「對目前已知和未知的情況以及可能的危害與結果做出坦率的評價。」這將使得公眾更相信官方發言。事實上,他說「關於低輻射水平的口頭保證與不斷擴大的疏散半徑之間形成了鮮明的對比」。

就像《華爾街日報》報導的那樣,日本政府已經開始抱怨東京電力公司公布消息太慢。憂思科學家聯盟全球安全項目的物理學家、前核控制研究所所長埃德溫.萊曼(Edwin Lyman)在周二接受採訪時評論說東京電力公司的介紹已經越來越不透明。

「日本傳出的消息很明顯是捉摸不定的」萊曼說。但是這也是情有可原,因為他們也在努力找出到底現在是什麼情況。「人們的疑惑很多」 憂思科學家聯盟的核專家艾倫凡科(Ellen Vancko)補充道。萊曼說「我們關心的是美國和其它地方的核產業不要試圖掩蓋這個,」福島第一核電站「是核能史上發生的最嚴重的事故之一。」

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