一 福岛发生了什么
2011年3月11日星期五那天,你记得自己做了些什么吗?
对于大多数读者而言,那可能只是平凡的一天,没什么大事值得写下。或许有哪个婴儿降生,或许有谁结婚,或许有谁死去。欢喜与哀愁,太阳底下无新事。但离我们不远的日本东北部,遭遇了其有现代观测记录以来最大的地震,这场里氏9.0级的地震又引发了日本有史以来最大规模的海啸。当时在场的人们只是错愕地看着海上陡然增高的巨浪,问:“那面黑色的墙是什么?”在强大的自然力面前,人如蝼蚁,不堪一击。事情已经够糟了,偏偏在福岛县双叶郡大熊町的福岛第一核电站因高至15米的海啸来袭,冲破防洪堤,导致电力系统、紧急备用发电系统和冷却系统均告失效。此后发生的一切就像多米诺骨牌,一块又一块,无可挽回地倒下了。
对于日本东北海岸的人们而言,生命自此改辙。核电站所在地的时钟指针将永远停留在那一刻,因为未来,已经不会再来。
要了解整个事件发生的脉络,就要先明白核电站是怎么发电的。
核能发电的原理是利用核分裂时产生的大量热能让水沸腾,再由水蒸气推动涡轮运转产生电能。某种程度上,核电站就是一个巨大的热水器。但和热水器的不同之处在于,它在发热的同时也在释放放射线,最后的产物除了电能还有钚239——制作原子弹的原料。这台巨大的热水器实际上浪费了三分之二的热能,因为核燃料棒中心的温度约为2800℃,而驱动核电站涡轮的蒸汽只需400℃左右。多余的热能直接作废。
核电站工作原理示意图
当然,核电站的设计必须附带安全机制,毕竟它不是一个安全的热水器,而且造价昂贵。“3·11”地震发生时,传感器探测到地面震动,并按设计触发了保护系统,使正在运行的福岛1号至3号机组的反应堆自动停堆。但在停堆的情况下,反应堆堆芯仍继续产生热(称为衰变热)。正常情况下会有冷却系统帮它降温,但当时是非正常情况——停电了。于是最直接的办法就是从外部向堆芯注水。
想象一下,此时此刻,因为地震加海啸,原本秩序井然的核电站到处是一团糟:海水带来的杂物堆满了整个厂区,沟渠的盖子已经消失,地上到处都是孔洞,建筑物内部和道路或抬高或下沉或垮塌,进入厂区或在厂区行走变得异常困难。双重意义上举步维艰的应急工作还被间歇性的余震和海啸打断。断电还导致监视设备不可用,主控室控制功能也丧失了。此外,照明和通信系统同样受到影响。于是,事故的响应完全靠现场操作人员手动操作。《安全手册》——假如有这样的东西的话——上有类似的情况可遵循吗?没有。现场人员只能“摸黑”操作,而时间就是生命。
在全核电站断电超出17.5个小时以后,才成功建立起一条管线,开始直接从消防淡水箱向1号机组堆芯连续注入淡水。但是11个小时后,淡水耗尽了。福岛核电站就在海边,为什么不用海水呢?聪明的读者可能要问。在场人员当然也想到了这个最方便可取的水源,而且注入海水的安排在短短半个多小时内就完成了,但并没有立即开始操作,而是在近4个小时后才启动。(1)事后得知是因为东京电力公司,即核电站的大东家,不愿引入未经处理的海水,因为这会导致核反应堆永久报废。
不及时使堆芯降温的后果是什么呢?没有循环冷却水,核反应堆堆芯中的水就会被燃料棒加热并迅速蒸发,导致核燃料棒“干烧”、熔化直至堆芯熔毁,接着会熔穿压力槽底部、外部安全壳,进而造成放射线外泄,发生重大的环境灾难。也就是说,当时应当考虑的,是把防止环境的放射性污染灾难放在首位,还是把核电公司的经济利益放在首位。事后看来,大财团当时的抉择是可耻的。
与1号机组类似,在确认2号机组堆芯冷却功能丧失以后,现场管理人员最后只能尝试通过消防系统注入海水,但对消防车泵而言,反应堆的压力太高了,海水无法注入。因此,决定使用卸压阀给反应堆减压,以便能够在低压条件下注水。但是这一决定也导致了2号机组的密封性下降。
由于2号机组的通风一直无法实现,安全壳的压力继续上升,严重影响了向反应堆注水的行动。3月15日6时14分,现场听到了爆炸声,紧接着是2号机组安全壳的压力读数下降。这一情况表明,2号机组安全壳可能失效而且出现了不受控制的放射线释放。也就是说,大量的放射性物质从反应堆安全壳泄漏出来。事后,日本首相助理细野豪志透露,向2号机组核反应堆压力容器注入冷却水的作业曾中断了约6个半小时。(2)
至于同样丧失了冷却水的3号机组,一条通过消防线从反冲洗阀井向3号机组堆芯注入海水的管线在1个小时内就准备好了。关于是否立刻启用海水降温,出现了不同的说法。比较可信的是2012年福岛核事故独立调查委员会发表的《福岛核事故独立调查委员会正式报告》里的描述:尽管东电总部明确要求吉田厂长不准用海水,但吉田着眼大局,以冷却反应堆的安全为重,表面上服从上级指令,还是偷偷用了海水。另一个说法是,由于有来自东电总部的通知,现场主管推迟了对该管线的使用,注水管线也被改回到通过消防车组成的消防线提供含硼淡水源。与2号机组类似,为将反应堆压力降低到低于消防车水泵压力以保持注水,需要启动卸压阀。最终,到通过打开附加的安全卸压阀实现反应堆减压时,3号机组已经4个多小时没有进行冷却了。
福岛第一核电站1号机组爆炸,机组的外部防护壳被摧毁
爆炸后的3号机组
或许幸好因为在场的吉田厂长的明智才没有导致更大灾难的发生,但至少可以肯定一点:东电上层最关心的是经济利益。
随后,因为3号机组反应堆厂房的上部发生爆炸,造成了服务层上方结构的损坏和工人的受伤。暂停两小时后,才重新开始了注入海水的工作,这一次是直接从海洋抽取海水。
1号、3号和地震时正停堆检修的4号机组都发生了氢爆炸,损坏或完全破坏了屋顶,导致了辐射泄漏,对核电站及其周边地区产生了大面积的污染。其中,2011年3月12日,核电站1号机组反应堆厂房的服务层发生爆炸,核电站正门附近的辐射量达到正常值的70倍以上,1号机组中央控制室辐射量则升至正常值的约1000倍。日本政府首次确认该核电站放射性物质泄漏。
福岛第一核电站一共有6个机组,“3·11”当天正在运行的是1号至3号机组。在这一连串事件期间,1号至3号机组的基本安全功能要么丧失,要么严重恶化,最终导致最严重的堆芯熔毁核灾难。东京电力公司在事故发生2个月后的2011年5月才承认堆芯熔毁,此前则一直解释称“没有判断熔毁的依据”,其实是在有意隐瞒和淡化事故的严重程度。直到2016年5月30日的一次记者会上,东京电力公司核能选址总部长姉川尚史才公开承认,过去五年有关福岛第一核电站辐射泄漏事故相关反应堆“堆芯损伤”的说法,是隐瞒了事实。东京电力公司总部的《核能灾害应对手册》中写明了堆芯损伤比例超过5%时即可判定为堆芯熔毁,而非此前一直声称的不掌握标准。东电在当天的记者会上道歉称:“对照标准,在事故发生第4天即2011年3月14日就已经能判断出堆芯熔毁了。”
最不想看到的事情发生了:堆芯熔毁。这意味着什么呢?
堆芯熔毁可能导致反应堆底部熔穿,熔化的核燃料残渣因此掉落到安全壳下的地面上,进而缓慢下沉到地下污染地下水,甚至出现更严重的灾难。2011年5月底,国际原子能机构派出专家调查团对福岛第一核电站事故进行调查后出具的报告指出,1号至3号机组燃料棒熔毁后坠落,一部分可能已通过压力容器上的漏洞堆积在了安全壳的底部,发生了“熔穿”。但直到十年后的今天,依旧没有人知道熔穿的具体位置在哪里,也没有人知道,熔融的核辐射物有多少。因为,从来都没有人想到,会发生这样的事故。
堆芯熔毁示意图
在犹如灾难片场的核电站发生着这一切的时候,遭受地震与海啸双重打击的人们还不知道,灭顶之灾才刚刚拉开帷幕。
(1) 国际原子能机构(IAEA):《福岛第一核电站事故——总干事的报告》,2015年。
(2) 《日本福岛核电站2、3号机组可能发生堆芯熔化》,http://www.hi.chinanews.com/hnnew/2011-05-17/148794.html。