福島核事故引發的若干思考

張忠岳

（中國原子能科學研究院，北京 102413）

2011年3月11日，日本福島第一核電廠所在的日本東北部宮城縣地區發生歷史上罕見的里氏9級大地震。巨大的海嘯接踵而至，迅猛洶涌，浪高達20米，所過之處，破壞嚴重。福島核電廠為防范反應堆嚴重事故所設置的備用電池和應急柴油發電機組，都因被海水所淹而失去功能，致使受損反應堆一回路長時間不能恢復工作。雖然反應堆在地震中自動停堆，但由于堆芯長期得不到足夠冷卻，終于導致燃料熔化，熔融物質熔穿壓力容器，大量放射性物質進入附近海洋及地下水體，對環境造成嚴重危害。事故初期，東京電力公司（簡稱東電）曾嘗試通過排氣減壓及從外部補給海水來保全壓力容器，但收效不大，反而在反應堆高端聚集了由水蒸氣帶出的、因高溫鋯-水反應所生成的大量氫氣，導致氫氣爆炸，廠房受損。據東電估計，要清除大面積核污染、使核電廠及其附近地區的環境恢復到事故之前狀態，將是十分復雜和曠日持久的工作，少則十幾年，多則幾十年。

福島核事故后果嚴重，大量放射性物質逸出廠區，造成廣大地區長期的嚴重環境后果。按國際核事件分級標準[1]，被定為7級事故（最高級別），與1986年蘇聯的切爾諾貝利事故相當。

福島核事故對日本核電發展造成重大沖擊，民調顯示，近50%日本國民對核電安全性深表疑慮，人們要求放棄核電，改用別種能源（如頁巖氣或各種可再生能源）取代。

日本地處環太平洋地震帶，國土面積（包括日本列島周圍領海）僅占地球表面積0.2%，而年平均地震釋放的能量則占全球地震釋放能量的15%[2]。處于如此嚴峻的地震（海嘯）地質條件之下，福島核事故造成的損失又如此嚴重，日本國民擔憂核電風險太大，應該是可以理解的。

福島核事故損失慘重，部分原因在于東電在事故處理中，決策猶豫，行動遲緩。與此同時，福島核事故也提出了今后核電建設中許多估計難以避免、而且不易解決的問題，值得認真討論與思考。

1 選址和延壽審批問題

1.1 選址

核電發達國家（包括日本）對核電廠選址都有嚴格規范。遵照規范辦事，按理在設計壽期之內，不應該遭遇超出設計預期的強烈地震，也不至于發生嚴重事故。

福島第一核電廠各個機組的情況，如表1所示[3]。

由表1可知：

1) 事故發生時，1號機組已經順利運行40年，達到了設計壽期。

2) 3號機組受損稍輕，穩定運行的時間約35年。但據報道，4號機組乏燃料水池嚴重受損。

3) 關于5、6號機組，報道很少，估計受損不重。與1、2號機組相比，它們“年輕”7～8歲、似乎應該更“強壯”一些，或許在設計上也有所改進。

里氏9級大地震在歷史上極其罕見。從這次地震震級之高、破壞程度之嚴重、廠外居民撤離規模之大的情形分析，廠區烈度應可達到日本氣象廳JMA-7度。廠址附近發生破壞性如此巨大的地震和海嘯，顯然，是當初設計時所未曾估計到的。如果當時已經預測廠址附近會發生如此強烈的地震，估計沒有人敢冒險選擇這樣的地區建造核電廠。

綜上所述，可以得出如下結論：

1) 就1號機組順利運行到設計壽期終點而言，當年選址（40年前）似乎不當。

2) 2～6號機組都在設計壽期之內遭遇超過其防御能力的強烈地震（海嘯）襲擊，這種情況，很令人擔憂。因為福島發生的實際情況顯示：在設計壽期內（或在比設計壽期更長的時間內）廠址附近不發生強烈地震的設計預期并未實現，真實情況與之相反。1號機組獲準延壽不過一年，就遭到地震（海嘯）的嚴重破壞，似乎也十分“出人意外”。由此可見，福島核電廠的設計（至少是抗震設計）和管理潛在風險很大，應有待改進。機組商業運行后，通常每隔10年（如在中、法、俄、美等國）要求進行一次全面細致的安全評估（包括抗震安全），對于機組延壽，更需要作詳細周到的審核。近年來，日本對廠址外部地震地質條件的變化及變化趨勢的預測，已具備很強能力，但在福島核事故中似未見到預測、預警的作用，令人難以理解。如果預測廠址附近在未來10～20年中，可能發生里氏9級地震，則1號機組延壽計劃，估計不可能通過，而對尚在設計壽期內運行的機組，則應部署相應的事故防范和緩解措施。但實際情況，似乎并不是這樣。

表1 福島第一核電廠第1～6號機組概況Table 1 Overview of Unit 1～6 of Fukushima daiichi NPP

3) 日本國土面積狹小，據預測，未來許多地區發生強烈地震和巨大海嘯的趨勢還將惡化，在這種情況下，對核電廠抗震能力的要求是否應該提高，提高到什么程度，核電成本過高的問題怎么考慮，如果不要求提高抗震要求，遭遇類似福島核事故的風險怎么對付，這些問題將要求在規范修訂時給出明確回答。這些問題不僅日本存在，其他國家也存在，只是程度不同而已。

1.2 機組延壽問題

福島第一核電廠1號機組順利運行40年（設計壽期屆滿）后，申請延長壽期。報道稱，申請順利通過，獲準繼續運行。審批通過后不過一年左右，就發生了福島核事故。人們對于審批程序是否嚴格周到，深表疑慮。

審批核電機組延長壽期，是很復雜的工作。以福島第一核電廠1號機組為例。它要求申請方提供能夠反映部件、設備、結構、系統當前真實情況的完整、可信的數據（包括這些參數在40年中每隔5年或10年的變化過程）；要求收集離廠址近、中、遠區域曾經發生過的地震的歷史記錄；要求預測當下震情以及未來發展趨勢；要求制定完備的規范標準，對所提供數據的測定方法和數據本身的可靠性進行檢驗，并指導按可信的方法求出結構和系統在強震（海嘯）下的安全裕度（見圖1）。

鑒于福島核事故發生以來，東電曾有數據漏報和數據失實的情況，人們不免懷疑，審批工作是否足夠認真細致。如果確實進行過嚴格審評，如果審評結果確實表明1號機組還可以成功運行20年，那么1號機組在事故中的破壞也許不致如此嚴重。這個問題，只能等待以后全面公布事故分析報告時再作分曉了。

2 反應堆壓力容器裂縫問題

據報道，在福島核事故中，有3座反應堆堆芯熔化、熔融物質熔穿壓力容器外逸，并有兩座反應堆（1號和2號機組）壓力容器在地震中發生裂縫（數據在事故中測到，有待補充、核實）。

過去一直認為，壓力容器的特點是“不可更換，在整個使用壽期內絕對不允許破裂，反應堆啟動后對壓力容器不能再進行充分檢查”[1]。如果報道屬實，則福島核事故提供了一個反例，它表明，反應堆壓力容器的結構完整性，在極端情況下是可能被破壞的。“在整個使用壽期中，絕對不允許破裂”不一定做得到。

反應堆壓力容器裂縫，意味著一回路壓力邊界完整性的破壞，意味著防御放射性物質外逸的一道重要屏障的喪失，是一個嚴重的問題。對于發生堆芯熔化的嚴重事故來說，尤其如此。

福島核事故中反應堆壓力容器裂縫的原因，目前還難以準確判斷。根據為數不多的報道推測，容器材料在長期中子輻照之后，韌度降低，可能是原因之一。如果確實如此，可從另一角度說明，1號機組延壽審批中可能有考慮不周之處。

圖1 機組延壽審批順序示意Fig.1 Sketch of unit life extension approval

3 關于一址多堆的問題

從經濟性考慮，一址多機組無疑是很合理的。同一廠址建造多個機組，可以節省前期工程費用和共用設施費用，錯開各機組的施工日期，有利于勞動力和施工機具的使用效率，并縮短建造周期[1]。目前，多數核電廠都做一址雙機組或4個機組的安排，估計可以減少投資15%～20%，經濟效益十分可觀。因此，同一廠址布置的機組數目，有日益增多的趨勢。福島核事故從反面提供了一個“經驗”。由于1、2、3號機組受到破壞，使整個廠區陷入嚴重污染和秩序混亂的狀態。5、6號機組，雖然大體完好，亦很難維持正常運行。據報道，第一核電廠1～6號機組很可能全部廢棄。如果采納6個機組全部報廢的計劃，則經濟損失將十分巨大。在正常情況下一址多堆帶來的巨大經濟利益和一址多堆在嚴重事故下可能蒙受的巨大經濟損失之間，很難找到“平衡”，因為它畢竟是一個帶有高度不確定性的概率問題，而不是一個確定性的問題。但對于像日本這樣國土面積很小、地震多發的高震級國家，這個問題是應該考慮的。一址多堆在重大事故下如何分區管理、分區救援，是很難處理的問題，恐怕需要有新的設計思想、新的廠區布局。

4 結束語

1) 福島核事故是一場不幸的核災難，損失慘重。同時，它也提出了一些在今后核電發展中有待討論和思考的問題。例如，機組正式運行后，對外部地震地質條件的變化和發展進行定時的、長期的監察、預測、分析、研究，就是對改進和提高抗震安全大有好處的辦法。有些則是“老問題遇到新情況”。例如，壓力容器鋼在長期中子輻照以后韌性下降，本來是老問題，但在異常強烈的地震作用和運行40年后申請延壽的特殊情況下，就需要特別審慎了。

2) 主張大力發展核電的專家們認為“核電是安全的”，對于廠址附近區域不可能發生異常強烈地震（海嘯）作用的情況，這是對的。但對于可能遭遇類似福島核事故那樣極端情況的地區（如日本沿海），民眾擔心“核電風險太大”，也不無道理。恐怕要不同情況，不同對待，不能一概而論。

3) 福島核事故后，日本大大加強了對東日本和西日本沿海許多地區地震地質條件變化及未來發展趨勢的預測和研究，而且得到了很多成果。這種工作意義很大，是需要認真學習的。

[1]連培生，編著.原子能工業[M].北京：原子能出版社，2002.（LIAN Pei-sheng.Atomic Energy Industry [M].Beijing: Atomic Energy Press,2002.）

[2]笠原慶一，著.防災工程中的地震學[M].鄭斯華，等譯.北京：地震出版社，1992.（笠原慶一.Seismology in Disaster Prevention Project [M].Translated by ZHENG Si-hua et.al.Beijing:Seismological Press, 1992.）

[3]IAEA.Nuclear power reactor in the world，reference data series NO.2[R].Vienna 2004.

[4]周錫元，等著.場地 地震 設計地震[M].北京：地震出版社，1990.（ZHOU Xi-yuan, et.al.Site-Earthquake-Seismic Design [M].Beijing:Seismological Press, 1990.）

[5]А.Н.Бирбраев.Расчёт Конструкций на Сейсмостйкости[M].圣彼得堡：Наука出版社，1998.