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科普丨如何理解“日本福岛核电站内辐射量达预期7倍”

发布时间:2017-2-6 14:01    来自: 澎湃新闻

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据日本政府2011年年底给IAEA(International Atomic Energy Agency,国际原子能机构)的报告说,福岛2号堆一次安全壳内“可能存在”氙-133和氙-135。同时,东电在报告又说“即使假定发生了裂变反应,其规模极小,反应堆整体仍处于稳定状态”[2],同时还称“堆内的放射性物质没有达临界”[3]。在给IAEA的状态报告中,日本当局根据进一步分析断言,氙浓度归因于“锔-242和锔-244自发裂变”。当时给出了三个判据,其中最有力的当属:按照锔-242和锔-244自发裂变导致氙-135的浓度计算了锔-242和锔-244的总量。如果出现过可能最低水平的反应堆铀燃料核裂变,探测的氙水平会比测到的水平高几个数量级。现在氙的水平与锔-242和锔-244自发裂变产生的相吻合不出所料[4]。

在2012年再次检出氙-135之后,东电公司首度承认在受损的3座反应堆内部深处,核燃料可能继续进行着核裂变反应。不过,该现象不会导致伴随有热能和辐射的大规模核反应发生,但却可能增加反应堆泄露的危险放射性元素,使清理工作变得更加困难。《纽约时报》对此事进行了报道,包括我国环保部官方网站等主流媒体都进行了引用或转载。

我们知道,核事故应急后处理最忌讳的就是核燃料“重返临界”,因为临界状态实际上是核燃料正在发生链式反应放出大量热量,临界事故多在瞬间爆发,爆发时蓝光乍现,高度杀伤力的中子与伽玛射线大量释出,1999年茨城县东海村JCO核燃料处理工厂就曾发生临界事故,核燃料处理工厂的工人违反操作程式,把富集度18.8%的铀溶液(相当于含16公斤铀)直接倒入沉淀槽中。沉淀槽容纳的最大操作量限定为2.4公斤,其临界品质为5.5公斤。最终造成2名员工死亡。因此,结合此次熔毁壳内法兰状构件,我们必须防范间歇性临界或者说局部临界的可能,需要进行全面动态的监视。


因为沸水堆核燃料熔化,堆芯温度曾达到1400℃以上甚至更高,压力容器部分钢质边界(主要是底部)已经熔化,熔渣才跌入干井底部。很显然,后果大家都看到了。我们知道,压力容器下边存在“重返临界”威胁的反应堆,实现不了“冷停堆”。实际上,是否存在“重返临界”,判断起来并不很难。只要连续监测标志性气态裂变产物的浓度变化,就可以做出判断。但制止“重返临界”要困难得多。

说到这里,大家肯定有疑问,福岛核电事故处理为何不采用切尔诺贝利的石棺封堆的处理方案?再次作以下解释:切尔诺贝利核电事故其反应堆没有安全壳,爆炸后核燃料暴露于外界,不得不做封闭性处理。但这种处理存在劣势,主要是后期的长期维护比较麻烦,具体可以参考近期报道的切尔诺贝利石棺出现裂缝,需要考虑重新修筑石棺。同时,日本国土面积小,人口密度大,封堆会造成大片无人区,不论从日本当局还是福岛当地居民都会反对这个方案。因此日方现在主要目标还是取出反应堆核燃料,当然据日本《每日新闻》等媒体报道,日本政府和核电企业共同出资成立的“日本原子能损害赔偿和反应堆报废等支援机构”在2016年7月13日出台的计划书中说,随着核电站反应堆内部状况逐渐明晰,也存在无法取出已熔化的核燃料从而直接用“石棺”将反应堆封死的可能性[5]。

最后,回到福岛核电站事故本身,单独一个事故击溃了纵深防御的几乎所有屏障导致了最终事故的发生,值得整个核电行业详细研究;全球核工业应对超基准事故能力,值得反省;随着核电先发国家反应堆机组老化,机组特殊状态下操纵员运行能力,值得深思。

福岛核电事故的导火索是海啸,源头是老化落后的沸水堆延寿得到批准,催化剂是操作员事故工况下应对不明智,事故的发酵升级是主管部门以及征服部门处理不得力。总体来说,极端自然条件、超期服役的落后机组、滞后的核事故综合导致了福岛核电事故,但是,事已至此,依旧期待日本方面能真正推出利于全球核工业发展的事故后处理方案,并且行之有效。

参考文献:

1.知乎“熊游心”的回答

2.NEI, Sampling boat launched; major reports published, 22 November 2011

3.José M, NEW SAFETY REQUIREMENTS AND LONG TERM OPERATION POLICY, EUROSAFE – PARIS – 07.11.11

4.IAEA Fukushima Daiichi Status Report,Update of 4 November 2011

5.澎湃新闻:日本首提福岛核电站处理:可能用“石棺”封堆并最终报废,2016.7.14

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