福岛核事故介绍及经验反馈
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福岛核事故介绍及经验反馈
■  吴勇
摘要：核事故对人类影响深远，一
度“谈核变”。利用核能是人类文明
发展史的里程碑，不能因核事故放弃和平利用核能。前苏联切尔诺贝利核事故后，福岛核电站加盖安全壳厂房，美国三里岛核事故发生后，人们认识到将核反应燃料抑制在反应堆压力容器或核安全厂房内，是避免大范围核灾难至关重要的举措。本文简单介绍、分析福岛核事故的发生，在此基础上进行经验反馈，思考在兴建内陆核电时可以进行的优化工作。
关键词：氢爆；堆芯熔毁；福岛七级核事故；内陆核电
美国是世界上核电站最多的国家，法国是世界核电站第二多的国家，核电能排到世界上第三名的是日本。
美国的核电标准是ASME；法国经ASME 授权后编制RCC-M，出口核电；日本采买进口美国核电后，极大地缓解了能源紧张，促进经济发展。以福岛核电站为代表的沸水堆，占据日本核电的半壁江山，然而平稳运行时间长了，忧患意识逐渐淡泊，正常的运维演练也不进行，在天灾到临时，人祸也显露出来了。
一、福岛核电站简介
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日本国位于亚欧大陆板块、太平洋板块、印度洋板块的交界线上，其中太平洋板块俯冲在亚欧大陆板块下面，俯冲处形成日本海沟，亚欧大陆板块顶起成岛链。地震频发，台风、海啸肆虐，火山伺机而动，生存条件堪忧，生活所需能源极其短缺，化石能源严重依赖进口。为缓解能源危机，上世纪70年代初，日本开始发展核电，首先引进英国160MWe 气冷镁诺克斯型商用反应堆，随
后压水堆（PWR）和沸水堆（BWR）竞相发展，各占约50%比例，期间也发展先进热中子原型堆（ATR）。
压水堆有主给水、堆芯冷却剂、主蒸汽三个回路，且有钢制安全壳，功率稳定、安全性能优越、造价高。沸水堆只有一个回路，结构简单、造价便宜、运维方便，尤其是建造周期短，对资源匮乏亟待发展的日本国来说尤为重要，在这种情况下，沸水堆核电站由于其结构简单、造价便宜、维护方便、建造周期短等优点，受到了日本政府的青睐。尤其是通用电器公司的“Mark1”沸水反应堆，成了日本建设
核电站的首选堆型。
Mark1堆型的建造方式采用特殊的模块化作业，先安装堆芯、热传输系统、安全系统等反应堆的核心部分，然后是外面简单的厂房。福岛第一核电站的6台机组和福岛第二核电站的4台机组，基本构型都和“Mark1”反应堆一致，只是福岛1号机组顶部有一个重力冷却水箱。直到1986年切尔诺贝利核事故发生后，沸水堆反应堆厂房外围加上了一层略厚的钢筋混凝土结构，包括喷淋系统、气体交换系统、预应力混凝土结构等一系列复杂的系统和结构。
核反应堆没有基础隔震，但有其他抗震设计。福岛核电站一号机组已经服役40年，不可避免地出现老化现象，但按原定计划延寿20年，需运行到2031年。
二、福岛七级核事故简述（一）东日本大地震
2011年3月11日，日本当地时间14时46分，在东京东南约372km，东北部海域日本本州岛仙台港以东130km 处俯冲带出现一块400km×200km 的断裂，
引发里氏9.0级地震，并在福岛产生15m 高海啸。地震震中位于宫城县以东太平洋海域，震源深度海下10km。
地震损毁福岛第一核电站场外电源，正在运行的福岛第一核电站的1#、2#、3#机组控制棒自动插入，
苹果apple id怎么注册减缓和终止链式反应，同时可用应急柴油发电机顺利启动运行。控制棒插入后，仍然需要几天时间完全终止链式反应和导出衰变热。福岛第一核电站4#、5#、6#机组正在停堆检修，4#机组才卸出的乏燃料暂时存放在乏燃料池中，释放大量衰变热。福岛第二核电站1#-4#机组地震前均正常运行，地震后厂内外电源可用，无堆芯熔毁之虑。地震所产生的地面加速度未超过1#、4#、6#机组的设计基准，但超过了2#、3#、5#机组的设计基准。按照《地震烈度区划图》9.0级地震的地面加速度≥0.4g。
（二）海啸
地震发生46分钟后，海啸到达福岛核电站，淹没设置在地下室的柴油发电机组，仅有6#机组的柴油发电机可以供电。失去场内应急电源机组，仍然有备用电源蓄电池供电，但仅能保持8小时。8小时后，反应堆堆芯剩余反应性衰变热将汽化冷却剂，裸露堆芯，导致堆芯熔毁事故。
福岛第一核电站海堤设计防海啸的高度是5.7m，反应堆厂房、汽机厂房仅高出海平面10-13m。2008年，日本地震调查研究促进会总部提出岩手县附近发生如1896年的8.3级地震，福岛第一核电站海啸将达到15m 高度。2009年，日本土木工程学会提出福岛第一核电站防海啸高度至少要提高6.1m。东电公司认
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为花费巨额资金打造百年难用上的工程，不如将逾越防波堤的海水泵回大洋。
福岛核电站电源频率是60Hz，运到现场的移动发电车是50Hz，且没有人员知道应急电源的正确接入线路。接入移动发电车电源时间是12日凌晨，这时压力容器内压力太高，无法注水，东电采取卸压方式保住压力容器。
（三）氢爆
正在运行的1#、2#、3#机组自动插入控制棒后，在应急柴油发电机、蓄电池组的作用下，冷却8-9h。随着蓄电池组电量耗尽，压力容器内温度持续升高，冷却剂汽化，堆芯裸露，燃料金属锆包壳发生汽水反应，产生氢气，急剧升高压力容器的压力，进一步促使堆芯裸露、熔毁。在采取卸压方式之前，压力容器内含有氢气的汽体可以通过压力容器顶盖密封环连接处泄漏到厂房，或通过抑压水池的卸压系统排放到厂房。
压力容器人为卸压后，移动发电车提供电源继续对压力容器堆芯冷却。反
复卸压后，氢气在厂房内聚集达到爆炸极限。氢爆时间序列：
（1）12日15:36，1#机组反应堆发生氢爆；20:20直接注入含硼海水冷却堆芯。
（2）14日11:01，3#机组反应堆发生氢爆；3月13日13:12注入海水冷却堆芯。
（3）15日06:10，2#机组反应堆发生氢爆；3月14日16:34注入海水冷却堆芯。
（4）15日06:15，4#机组反应堆起火、氢爆；16日5时45分再起火。
19日上午，5#、6#机组的冷却功能恢复，20日15时46分，1#、2#机组接通外部电源，喷水控制3#、4#机组，5#、6#机组温度接近正常水平。
（四）堆芯熔毁
堆芯熔毁（meltdown）是核反应堆堆芯因冷却不及时而熔化造成的损毁。
正常情况下，沸水堆核电站堆芯冷却剂带走堆芯热点的能量，在分离配汽
腔室汽化，汽水分离器分离的水蒸气经干燥器净化后，输送到汽轮机，带动发电机转动产生电能。核电站失去电源后，堆芯冷却剂停止流动冷却，剩余反应性和衰变热在堆腔内汽化堆芯冷却剂，裸露堆芯，暴露剩余反应性热点和衰变热集中点，金属燃料包壳熔化，核燃料成片下落至压力容器底部。后续堆芯冷却已不能产生足以完全冷却已经熔化成片的核燃料的热量，只能移除已熔化燃料表面的部分热量，大部分热量集中在压力容器底部，直至压力容器底部熔化穿孔，堆芯燃料滴落在反应堆安全壳内。
堆芯全部裸露的时间序列：（1）2011年3月14日20时，2#机组堆芯全部裸露，干烧状态。
（2）2017年2月，福岛第一核电站的运营方东京电力公司公布，堆芯已熔化在核电站2#机组安全壳中，东京电力公司估测，2#机组安全壳内部最大辐射值可能达到每小时530希沃特。
一分钟自我介绍范文（3）2019年2月，日本东京电力
分类分级影响典型案例
偏差现象
0无安全顾虑2020年5月4日，田湾核电站1号机组低压安注系统换料大修，机组处于冷停堆状态，渗透在役检查发现
iphone清除缓存低压安注系统8条焊缝存在超标缺陷。
事件
1
异常2010年10月23日大亚湾核电站1号机组大修期间，检查人员发现1号机组余热排出系统的一段管道出现两条各长一时半”的微细裂缝，且伴有硼结晶渗出，现场工作人员受到不超过2mSv 辐射剂量。
2注意1991年2月日本关西电力公司的美滨核电站2号核电机组的蒸汽发生器管道断裂，导致日本核电站应急堆芯冷却系统（ECCS）首次启动。
3
严重
1989年西班牙Vandellos 核电站发生大火造成控制失灵，但最终反应堆被成功控制并停机。
事故
4
场外无显著风险
1999年9月30日，日本茨城县那珂郡东海村JCO 核燃料制备厂（住友金属矿山子公司）多装硝酸铀酰水溶液达到临界质量，导致瞬时和不受控制的核裂变，有666人被辐射污染，2名工作人员死亡。事故现场范围
350m 内约40家住户收到避难邀请；500m 以内的住户收到避难劝告；10km 以内的约10万住户（31万人）收到屋内避难邀请。5
具有场外风险1979年3月28日，美国三里岛压水堆核电厂二号堆二回路水泵发生故障，事故冷却系统自动投入，事故冷却系统的阀门因故未开，二回路的水断流。当堆内温度和压力升高后，反应堆自动停堆，卸压阀自动打开。
反应堆内压下降至正常时，卸压阀故障，堆芯冷却剂继续外流，压力降至正常值以下，应急堆芯冷却系统投
入，但操作人员关闭应急堆芯冷却系统，导致温度攀升，堆芯熔化，流出的放射性物质被限制在1米多厚的安全壳内，发生堆芯熔毁严重核事故。
6重大1957年9月29日，前苏联秘密核工厂“车里雅宾斯克65号”核废料仓库爆炸，造成70-80吨核废料发生爆炸，并散播至800平方公里的土地上。
7
特大
2011年3月11日日本福岛县福岛第一核电站事故，疏散半径20公里，30公里内减少外出。
表1　核事故分级典型案例
延绵的意思
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公司采用核级机器人首次到2#机组内部的核燃料残渣。
（4）2019年4月15日，东京电力公司从3#机组熔毁堆芯中内取出部分完整燃料。
三、核事故定级
根据国际核与放射性物质事件等级表（INES），核事故分成七级（见表1）。
日本原子能安全保安院2011年03月12日将此次事故评估为4级核事故。日本内阁官房长官枝野幸男发布紧急避难指示，要求福岛核电站周边10km 内的居民立刻疏散，后将疏散半径扩展至20km。2011年3月18日晚，日本原子能安全保安院将日本福岛核电站核泄漏事故等级从核4级提高到核5级，和美国三里岛堆芯熔毁事故等级相同。
佚怎么读音法国核安全局2011年3月15日将日本福岛第一核电站多个核反应堆发生爆炸列为6级核事故。2011年4月12日，日本原子力安全保安院将本次事故升级至国际核事件分级表中最高的第7级。福岛第一核电站迄今向大气泄漏的放射物，原子能安全保安院估算为37万TBq，原子能安全委员会估算为63万TBq。
核电站事故等级依据环境中的放射性物质Bq 量确定，疏散范围根据风向等自然环境和放射性物质扩散的形态确定具体半径，也可以根据事故等级大致确定（见表2）。
表2　核事故疏散半径
事故等级
4级5级6级7级
半径（km）
0.5110
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四、福岛核事故人因分析
福岛核事故是自然灾害的叠加，地
震切断外部电源与地基裂开，海啸损毁柴油发电机和线路插座，突破层层防线，从丧失热阱开始，堆芯冷却剂过热汽化、裸露堆芯、锆合金包壳汽水反应、堆芯完全裸露，最终堆芯熔毁，直至熔穿压力
容器底部。
在天灾导致核事故不断升级的过程中，大多数建议是在地震后或海啸后直接往堆芯注入海水，循环冷却，这样报废核反应堆避开核事故是需要很大的决心和勇气。在这次核事故中，需要看到9级地震后，核反应堆仍然保持堆芯、压力容器、抑压水池等设备结构的完整性，可以从下述几点将天灾的损毁抑制在起点：（1）设计。核电站选址[1]是非常慎重的工作。地震带上建设核电站，虽然没有设计反应堆厂房的减震装置，至少有核电站整体大基阀。（2）专业建议。福岛核电站防波堤高度若增加到15m，再依靠水泵往外排水，可避开地震、海啸的叠加打击。（3）横向关联。在海啸过后，仅有6#机组的一台柴油发电机组可用，而6#机组堆芯燃料已经取出大修，完全有可能供电给1#、2#、3#机组，甚至4#机组冷却堆芯、核燃料棒。（4）运维管理。在柴油发电机失效后，调运来的移动发电机因频率不符、通电线路不明确耽误了宝贵时间，这是中断堆芯冷却的关键点，也是避免堆芯裸露的最后一次机会。若将移动电源救急当作运维演练项目，就电源频率等问题，及早反馈解决。
五、内陆核电启迪
福岛第一核电站核事故发生后，世界再次开启了对核电站建设的审视，核电建设永远是安全第一。若拿内陆核电和9级地震后主系统完整的沸水堆相比，一个缺水，一个被水淹，从核电本质安全角度，吸取福岛核电站抗震救水灾、处理核事故应急措施的经验反馈，尝试推演内陆核电建设。（1）内陆
核电缺少大量的冷却水，可以选址在湖泊或水库、河流附近，也可抽水蓄水。（2）内陆核电风向无选择。福岛核电站释放在大气中的放射性物质，随风飘往太平洋，减轻尘土永久性污染或缩小污染面积。内陆核电可采取过滤方式，将排空气体的
放射性物质过滤去除。（3）设备抗震性。核电站的设计役期一般是40年，再加上可延寿20年，厂址发生地震的可能性依然存在。在设计抗震厂房的基础上，提高钢筋、钢结构、支架、管道[2]、容器等金属材料的冲击韧性，以抗9级地震的材料性能为起点。（4）废水排放。内陆核电相较福岛核电有一个大型的冷却塔，可将电站冷却水循环使用，日损耗量可从附近水源补充。废水采取蒸发的方式，将液态废弃物改成固态废弃物，不排废水到电站四周环境，废水蒸发的水蒸气可循环使用。（5）运维管理。核电站运维人员，通常是参与建设的工程管理人员或设备管理人员，对电站的设备、管线阀门、线路盘柜熟悉，采取传帮带的方式，不断培养核电运维人员。同时加强对运维人员的培训学习管理，使其干一行、爱一行。（6）应急演练。应急演练不仅能提高核电员工、电站周围居民的核安全意识，更重要的培养核事故中的逆行者，一个人的增援，如同千军万马。
六、结语
大气雾霾、海水酸化、能源枯竭是全球面临的困境，高科技的核电作为新能源的代表，不能因福岛核事故而停滞不前。通过反馈福岛核事故的经验教训，看到电站主系统优越的抗震性能，增加先进的核电设计理念，提高核电站运维管理能力，促进内陆核电堆型建设。Z 参考文献
[1]吴勇.汪映荣.核电前期技术要点[M].北京：中国电力出版社,2014.
[2]杨青云.AP1000型核电站主管道焊接过程控制研究[J].焊接技术,2016,45(9):17-23．
（作者单位：国家电投集团电能核电设备有限公司）
作者简介：吴勇，生于1978年，男，本科，工程师，研究方向：核电工程管理。

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