福岛核电站1、2、3号机组爆炸 冷却系统遭破坏

　　3月11日当地时间14时46分左右，日本东北宫城县北部地区发生9.0级地震（矩震级，USGS数据）。地震发生之后，附近地区的几座核电站随即被关闭。然而，由于冷却系统在地震中遭到破坏，福岛第一核电站的反应堆连续发生氢气爆炸。本世纪以来最严重的核泄漏事故震惊了世界。

　　镜头一 冷却系统被废

　　3月11日，大地震发生。福岛第一核电站的反应堆随即被全部关闭。但反应堆内的温度不断升高。当地时间12日15时36分，1号机组内传出爆炸声。

　　上海交大专门研究核反应堆安全评估的曹学武教授分析说，在地震来临之后，核电站就已经停止反应堆运行，但其内部还会因为核燃料的衰变产生衰变热。在正常的情况下，可以通过停堆冷却系统用循环水把热量带出去。或者用柴油机带动的应急冷却系统循环水把热量带出去。但地震不但破坏了正常的电力供应，也把应急冷却系统给“废掉”了。

　　原本用来冷却反应堆的水就变成了蒸汽。核燃料也是金属，遇到自己放出的热量就会熔化，变成液体和气体。核燃料熔掉了，那么就会有放射性物质出来。此时，如果接着开阀放水蒸气，放射物质泄漏不可避免。

　　核燃料外面有一个锆做的包壳。如果核燃料发热包壳被加热到1200℃以上，就会和水发生反应，生成氧化锆，并放出氢气。氢气与空气混合之后，一旦遇到火花，就会发生爆炸。

　　镜头二 急！2号机组爆炸

　　14日晚，情况似乎稍微稳定了一些，恶化的势头似乎得到了遏制，各机组都在等待排气减压，3号机组也已经注水冷却。当晚，关心福岛核电站形势的人们也渐渐安然睡去。

　　然而，形势突然急转直下，2号机组内的压力在当晚突然猛增。当地时间15日6时10分，2号反应堆又发生爆炸。

　　中国环保部核与辐射完全中心研究员柴国旱在接受本报记者采访时表示，这次爆炸的原因可能有两种：第一种是锆水反应产生的氢气和氧气发生反应而造成的。根据设计，在事故工况下安全壳中会自动注入氮气等惰性气体，使安全壳内氢气不容易发生燃爆，但估计由于事故过程比较长，大部分氮气已经排到安全壳外，安全壳内的惰性气氛丧失，当氢气和空气达到一定比份时发生化学反应产生爆炸。另一个原因也可能是安全壳超压导致破损。爆炸后抑压池的压力随之由3个大气压降到1个大气压，说明安全壳有可能破裂，可能伴有放射性物质释放。

　　镜头三 乏燃料之危

　　当地时间15日6时15分许，在地震发生前已经处于维修状态、并未工作的4号反应堆起火，并发生爆炸。明火不久被扑灭。爆炸之后，4号反应堆外围建筑出现了两个直径达8米的大洞。乏燃料池的风险越来越大。

　　柴国旱表示，乏燃料是从反应堆中移出的用过的核燃料。乏燃料始终保有一定的余温，而余温来自裂变产物的放射性衰变。因此，这些乏燃料必须储存在冷却池中直到衰变的结束。如果冷却池中没有足够的冷却水，那么水的蒸发将会使得乏燃料暴露在空气之中。乏燃料温度过度会引发火灾，如果乏燃料熔化，也有可能因为浇到一起，距离过近而“热情重燃”，回归链式反应。因为乏燃料池没有压力容器保护，所以燃爆之后建筑直接破损，可能造成最严重的辐射物质泄漏。

　　福岛第一核电站在地震、海啸后连续发生爆炸、燃烧和核物质泄漏事故。由此，我们可以发现福岛一号核电站设计上的几大缺陷：第一，外部电源和自带的应急电源在地震和海啸中被破坏；第二，在失去电源的情况下无法为发热的核材料降温；第三，高温下的锆水反应产生的大量氢气无法及时处理造成爆炸；第四，乏燃料池缺乏防护，造成过热燃烧破坏厂房，泄漏大量放射性物质。

　　基本原理

　　核电站如何保安全？

　　工作 原子裂变，制造蒸汽

　　核电站的原理和火电站基本一样。火电站靠燃烧煤或者燃油加热水，产生高压蒸汽推动汽轮机发电。而核电站则利用核反应堆中核裂变所释放出的热能把水变成蒸汽。

　　核电站中热量的源泉是“重核裂变”。这个过程会释放出巨大的能量。例如，用一个中子轰击铀235的原子核，它就会分裂成两个质量较小的原子核和2-3个中子，并释放出能量。如果其中一个新产生的中子去轰击另一个铀235原子核，便引起新的裂变，裂变反应不断地持续下去，从而形成了裂变链式反应，与此同时，核能也连续不断地释放出来。

　　控制 用“控制棒”限制反应

　　想把核裂变的能量变成电，第一步就要控制铀裂变所放出的能量。如果任由这些轴块们反应，那么它们很快会过热烧坏。切尔诺贝利事故就是因为轴燃料过热烧坏导致的。

　　为了防止燃料烧坏，在铀束里面，铀棒之间要放入“控制棒”，控制棒由能够吸收中子的材料制作，能阻挡铀之间互相轰击的中子，降低反应速度，控制人员就可以用升高和降低控制棒来控制裂变反应的速度，想快点就把它们抬起来，想慢点就把它们降下去。简单言之，那些铀束就在人的控制下，发出刚好够用的热量。

　　安全 拥有三重保险

　　核燃料不像石油、煤炭，会熊熊燃烧。它们“安静”地释放热量，如同特大号的“热得快”，把水变成蒸汽，推动汽轮机运转。和“热得快”不同，核燃料是危险的辐射物，所以要牢牢地把它们封起来。

　　上海交大的曹学武教授告诉记者，福岛第一核电站有三道安全屏障：燃料棒外面包有一层金属锆制成的壳；第二重是压力容器，相当于一个高压锅，必要的时候可以放气；第三重是“安全壳”，一个用钢筋混凝土制造的柜子。看起来这些安全措施固若金汤，在核电站的日常运行中也确实如此。但一场惊人的地震改变了一切，一个又一个防线被攻破。

　　本版采写 本报记者 刘铮