日本核電站命運懸而未決,熔燬持續

福島第一核電站暴露的乏燃料池和低壓讀數表明那裡的危險等級不斷上升,引發了人們對危機發展過程的嚴重擔憂


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當夜幕降臨在日本週五時,工人和士兵繼續英勇地努力撲滅福島第一核電站正在發生的潛在熔燬。籠罩的黑暗不是造成混亂的唯一原因:重要的系統監測器已斷電,使得關鍵要素的狀態(例如 2 號反應堆中核燃料棒的完整性或包含它們的鋼製容器的完整性)無法獲得。

但是,可用的測量結果令人擔憂。截至東部時間下午 6 點,冷卻水的電動泵系統仍然無法執行,儘管路透社報道東京電力公司在日本週六早上成功鋪設了一條巨大的延長電纜到受損的核電站,這可以用來為該站的冷卻水泵供電。這可能是冷卻 1 號、2 號和 3 號反應堆中的燃料棒以及儲存在 3 號和 4 號池中的乏燃料棒的最佳希望。

與此同時,地震、隨後的海嘯、氫氣爆炸和海水淹沒等最近發生的事件,可能損壞了這些泵執行所必需的電氣裝置。否則,運到現場的行動式柴油發電機應該已經能夠恢復抽水。

1、2、3 和 4 號反應堆所在的建築物都遭受了氫氣爆炸的破壞,這是由於燃料棒和蒸汽的高溫高速相互作用造成的。隨著屋頂被炸開以及其他氫氣逸出的路徑(氫氣是唯一能夠逃脫地球引力的元素),遭受另一次此類爆炸的可能性已經降低,5 號和 6 號反應堆除外。但根據世界核新聞的報道,這些反應堆的乏燃料池正在受益於一臺仍在執行以保持冷卻水就位的柴油發電機,儘管這些池中的溫度也開始升高。

蒸汽繼續在 3 號反應堆的乏燃料池中上升,表明至少有一些水到達了熱燃料棒。工人們噴灑,讓放射性蒸汽消散,然後再次噴灑——3 號反應堆附近的輻射水平是該工廠最高的,大約每小時 400 毫西弗。更糟糕的是,3 號反應堆還使用了所謂的混合氧化物燃料——或由包括鈽在內的回收材料製成的鈾燃料棒——這引起了人們對核裂變重新啟動的額外擔憂。使用混合氧化物燃料的反應堆可能需要額外的控制棒,由硼或其他中子吸收材料製成,以減緩更多裂變鈽的裂變速度。

4 號反應堆的乏燃料池的水位也很低。福島第一核電站總共有約 11,000 根這樣的燃料棒在七個乏燃料池中——其中 500 根或更多的燃料棒在 4 號反應堆的乏燃料池中仍然很熱,因為它們是 12 月才從該反應堆中移除的,據《紐約時報》報道。據一些專家稱,東京電力公司可能透過在一些池中儲存比它們能夠安全冷卻的更多的乏燃料,使問題變得更糟。由於缺乏異地儲存乏核燃料棒的解決方案,這種“重新安裝”是美國核工業中的常見做法,受到美國核管理委員會的監管。根據美國國家科學院的2006 年的一項研究,如果發生失水事件,這種重新安裝會使防止乏燃料棒過熱更加困難。

日本原子工業論壇還估計,實際上在 1 號、2 號和 3 號反應堆中的燃料棒,甚至連工人們透過穿過密封的混凝土和鋼製安全殼結構的管道注入的海水和硼酸都沸騰了,以撲滅大火。這些燃料棒現在很可能暴露在外併產生熱量,正在走向潛在的熔燬。

這種沸騰表明,包含這些核反應堆的鋼和混凝土結構內部的壓力應該會上升。事實上,在 3 月 12 日 1 號反應堆發生爆炸之前,大氣壓力迅速增加了八倍(核電站通常在約 4 個大氣壓的壓力下執行)。但是 2 號和 3 號反應堆的壓力讀數很低(而且沒有 1 號反應堆的壓力讀數,它是第一個熔燬的),表明安全殼可能形成了裂縫或其他孔洞。

這意味著可能有兩條放射性核裂變副產物(例如銫 137 和碘 131)逃逸和傳播輻射的直接途徑——安全殼中的裂縫以及現在向空氣敞開的乏燃料池。

更糟糕的是:在沒有冷卻的情況下,燃料棒繼續熔燬,並且可能會完全破裂包裹著它們的鋯包層(一種陶瓷材料)。那時,鈾球將落到安全殼容器的底部並繼續過熱,最終可能會融化穿過鋼製容器本身。

這本身不會引起爆炸。危險在於,熱熔化的燃料會落入水中,立即將其汽化並引起蒸汽爆炸。這種爆炸會將鈾和其他放射性粒子吹到空氣中。

日本首相菅直人在週一上午向全國發表的電視講話中說:“我們正在盡最大努力防止進一步的爆炸或放射性物質的釋放”,這些努力仍在繼續。

但即使以某種方式發生了這樣的蒸汽或氫氣爆炸,產生的放射性羽流也可能不會上升到大氣層中足夠高的高度,從而使危險物質傳播得很遠。

“如果日本人未能保持反應堆冷卻並且未能將安全殼容器中的壓力保持在適當的水平,你就會得到這個,你知道,用戲劇性的詞‘熔燬’。但那實際上意味著什麼?” 英國政府首席科學顧問約翰·貝丁頓爵士在 3 月 16 日告訴英國大使館工作人員說。“在最壞的情況下,你會發生爆炸。你會得到一些放射性物質上升到大約 500 米的空中。”

他繼續說:“如果你再將它與最糟糕的天氣情況結合起來,即盛行天氣將放射性物質帶到大東京的方向,並且你可能有降雨會將放射性物質帶下來,我們有問題嗎?答案是明確的否定。絕對沒有問題。問題出在離反應堆 30 公里的範圍內。”畢竟,即使在切爾諾貝利,危險放射性物質的傳播範圍也只有 30 公里,這是一場更嚴重的核事故,其中包括一場將放射性粒子吹到空中 9,000 多米的猛烈火災。

由於這些持續存在的問題,日本核能和工業安全域性已將福島災難的國際核事件等級從 4 級提高到 5 級,與三里島的級別相同,這意味著事故具有“更廣泛的後果”,可能包括因輻射造成的“數人死亡”。當然,即使在最壞的情況下,福島核危機也無法與 3 月 11 日地震和隨後的海嘯造成的 7,000 人死亡和 10,000 人失蹤相比——迄今為止,還沒有人死於日本的核事故。

時間對我們有利。蒸汽表明至少正在進行一些冷卻,並且這些燃料棒的熱量會在幾天或幾周的時間內急劇下降。雖然冷卻需要持續數月,但災難性熔燬的風險會隨著時間的推移而減少。

距離也有幫助,輻射會隨著距離源的距離呈指數下降。雖然 3 號反應堆附近的輻射水平非常高(每小時 400 毫西弗),但電廠邊界的輻射水平僅降至每小時 0.6 毫西弗。但是,任何逃逸的放射性粒子都會隨風攜帶它們自己的輻射,直到雨水將它們從空中沖走。因此,向日本當地居民分發碘片是為了阻止任何對放射性碘的吸收。日本的飲食也可能在這裡有所幫助:海鮮和海帶含有高濃度的安全碘。

最終,福島可能會和切爾諾貝利一樣,被埋在混凝土和沙子中,同時放射性衰變和熱量產生仍在繼續。這種遮蔽是輻射防禦的最後一道防線。

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