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中国核工业报:日本福岛核事故原因初探及启示
文章来源:中国核工业报 日期:2011年04月20日


   日本福岛核事故不仅再次证明比设计基准事故更可怕的严重事故是可能发生的,更为重要的是由于这次事故的新特点,对现在国际核电界通行的一些核安全设计理念提出了挑战。它不仅对日本,而且会对全世界核电今后的发展产生重大的影响。

  根据目前掌握的信息,笔者将这次福岛核事故定性描述为一起由极端外部事件叠加导致全厂断电而引发的群堆共模严重事故,也就是说,超强地震与超高海啸共同作用导致福岛核电厂出现全厂断电,长时间的全厂断电引发了同一个厂址的多座反应堆同时发生类似的严重事故。笔者试将这次事故的原因分析归纳如下。

    一、 极端外部事件的叠加是造成这次事故的直接导火索

    一般而言,发生地震后,核电厂会自动停堆。当外部电网遭到破坏后,核电厂自备的应急柴油机组会马上启动,以保证反应堆堆芯的应急冷却。这次福岛核电厂抗住了破坏强度超过电厂抗震设计能力5倍的地震袭击。即使反应堆因强震引发中、小破口失水事故,那也属于设计基准事故之一,完全可以依靠应急柴油机组从容应对、限制后果。但超大海啸的破坏力远远超过电厂设计的预想,全部应急柴油发电机组丧失功能。超强地震与超大海啸的叠加造成长达七八天的全厂断电,堆芯长时间得不到冷却,最终导致了严重事故的发生。这次极端外部事件的叠加,打破了同一厂址的几座反应堆不可能同时发生严重事故的思维模式。在远远超过设计标准的极端天灾面前,没有一种设计能打包票说绝对无问题。

    二、 早期核电站设计缺少预防和缓解严重事故的安全措施

    岛第一核电厂的机组设计与建造完成于美国三哩岛事故之前,当时还没有形成严重事故的清晰概念,更谈不上预防和缓解严重事故的安全措施。从事故处理过程可见,这种设计欠缺主要表现在以下几方面。

  1. 四套应急堆芯冷却系统全部失灵。沸水堆的第一道安全屏障是燃料组件包壳。为了保证其完整性,必须保证燃料组件始终被水浸没并被持续冷却。沸水堆的应急堆芯冷却系统就是设计用于发生堆芯失水时直接向堆内注入冷却水,以防止堆芯熔化。它又分为4个子系统:①自动卸压系统,在主系统发生破损时可使反应堆迅速卸压,以利于其他子系统的注水。②高压堆芯喷淋系统,在发生失水事故时,该系统通过喷淋环管直接向堆芯喷淋注水。除正常电源外,此系统还设置了独立的柴油发电机供电。③低压堆芯喷淋系统,该系统通过环管向堆芯直接喷淋注水,防止堆芯裸露。④低压冷却剂注水系统,这是余热导出系统的一种运行方式,用于在失水事故时向反应堆容器注水,使堆芯浸没而不裸露。上述三个喷淋和注水系统又排列组合成三组,设计者认为,在自动卸压系统配合下,任何一组失效都不影响应急堆芯冷却功能。

  从上述系统的工作原理不难看出,其发挥功效的前提是必须具备交流电源。不幸的是这次事故中,地震加海啸不仅造成压力容器小破口失水,而且丧失了全部交流电。如果能采用或增加一些现在普遍采用的非能动的应急堆芯冷却设施,应能有效缓解事故后果。

  2. 由于认为堆芯极不可能熔化,安全壳设计中未考虑氢氧复合系统。在这次事故处理过程中,未见到安全壳内氢氧复合系统采取行动以避免氢爆的报道。

  3. 安全壳的设计理念存在缺陷。沸水堆安全壳的设计理念认为,无论是反应堆超压,还是主回路失水,都能使安全壳中的蒸汽迅速冷凝而降低使用压力,所以其安全壳的自由空间比较小。能否让蒸汽冷凝下来就成了设计与事故处理成败的关键,但这次事故中冷凝器由于失电而失效,导致1号机组安全壳干井(压力空间)压力升至设计压力的两倍,非常危险。

    4.由于早期设计认为沸水堆堆芯极不可能熔化,更未考虑堆芯熔融物穿透压力容器壁的严重后果,直到第三代先进沸水堆(ABWR)设计时,才在反应堆压力容器与安全壳之间设置了一个收集与冷却堆芯熔融物的设施。

    三、营运单位的核安全学问意识淡薄

    日本作为亚洲首屈一指的核电先进国家,在轻水堆核电设计、设备制造、核电厂本土化运行方面取得了出色的业绩。但是这次福岛核事故的处理过程显示,东京电力企业高层领导的核安全意识以及应对突发事件的能力还有很大的提升空间。东电决策层表现出的麻木、犹豫、慌乱与自私,实在令人扼腕叹息。仅举数例说明:

  1.福岛第一核电站断电事故危及到6台机组的生死存亡,以最快的速度恢复现场交流电供应是头等重要的大事。但是令人费解的是,不知遇到了什么困难,从地震发生到恢复供电耗费了七八天时间,大大超出设计所能承受的限度。

  2. 从向现场拉电缆的进展速度看,东电企业领导层早就可以判断出堆芯面临着极大的熔化风险,必须马上用消防水泵向反应堆充灌海水,以避免堆芯熔化。但是这个决心显然是下晚了,实行得更不得力。原想保住机组,结果欲速不达,损失更加巨大。

  3. 核电厂测量液体的放射性活度,前后两次竟然能差相差上百倍,简直荒唐到令人难以理解的地步。

  4.在未向国际社会作出通知的情况下,私自向大海里倾倒“低放”废水,缺乏大型企业应有的社会责任心。

  这次事故处理的连连失误,可能也与缺少外部的技术支撑有关。1988年,笔者曾考察过福岛核电厂。当时的厂长告诉我,东芝与日立两大承包商各有300人的技术支撑队伍常住现场,随时提供服务。从这次现场撤离的人数可看出,外部技术支撑力量已大减。

  媒体曾披露东电企业的安全记录不佳,造假情况已不止一次被曝光。与这次事故有直接关系的是,日本原子能安全保安院之前已要求东电企业自查,确认是否已充分检查核电厂设施。2月28日,东电企业向原子能安全保安院递交报告,承认没有检查6台机组的33个设备和部件,其中有一个反应堆温控系统配电装置11年来从未接受过检查。另外,冷却泵电机、柴油发电机和其他一些冷却系统部件缺乏定期检查。而不作定期检查意味着,检查人员上报的是伪造记录。

    四、政府核安全监管机构执法不力

    2007年,日本新泻发生大地震,东电的柏崎-刈羽核电厂(7台机组均为沸水堆)变电站起火。国际原子能机构(IAEA)组织专家团赴现场考察。次年,IAEA指出,日本的核电厂不足以抵御大地震的破坏,存在巨大的安全隐患。然而,这一问题未能得到日本政府核安全监管当局的重视。

  这次日本原子能安全保安院接到前述的东电企业2月28日的自查报告后,于3月2日给予批复,认为东电企业“常规检查方案和维护管理不足,定期检查不充分”。面对这样一个有前科的电力企业,日本原子能安全保安院只是要求东电企业3个月内递交改正方案。如果原子能安全保安院当即命令东电企业停产整顿,到3月11日发生地震时,反应堆已经正常冷却了9天,事故处理过程肯定是另一种样式了。

  日本核安全监管当局执法不力还表现为,连IAEA的专家到现场后都是自己动手采集、检测样品,日本官员却听凭东电企业自报测量数据,发布后又觉得有问题,令其重测,前后竟相差百倍。

  执法最不得力的表现就是这次日本政府未事先向国际社会与周边邻国通报,就批准东电企业向海里倾倒放射性废水。作为核安全监管机构,执法的依据只有一个,那就是法定标准。私自排放超标废水是违法,监管机构批准排放超标废水,则是知法犯法。希翼日本政府在今后的福岛核电厂善后处理时,要切实承担起自己应负的责任,把危害降到最低。(编辑为澳门英皇赌场网址科技委常委 张禄庆)


    日本福岛核事故的启示

    启示一:今后的核电厂厂址安全评价中应考虑多重自然灾害或极端自然灾害叠加事故的可能,并在结合澳门英皇在线手机版厂址实际条件的基础上改进和完善澳门英皇在线手机版核电厂防范各种自然灾害的安全管理政策。同时,还要加强对多堆厂址在发生重大事故时可能产生的问题和管理措施的评价工作。

    启示二:今后需要进一步加强在役和在建核电厂重要安全系统,尤其是事故冷却系统,以保证其有效性和可靠性,进一步提高安全水平。

    启示三:今后应进一步提高环境监测能力和重大核事故的响应能力,全面加强中央、地方政府与核电厂之间统一的协调和指挥能力以及决策能力,各种应急资源的调动能力、事故处理专家的支撑能力和核电厂自身具有的现场抢险能力。

    启示四:有必要进一步做好公众核常识科普宣传工作,提高公众对核能常识的认知度。

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