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第6章 核电的拐点——三里岛事件

在1979年前,几乎很少人听说过“三里岛”这个名字。当年的一场危机让这里变得世界瞩目,几天内记者们喧闹着一窝蜂涌入这一地区,工程师和专家们全力对付复杂的核技术难题,世界则屏住呼吸观注:这是怎么一回事?

那年三月,人类经历了核能发展史上第一起炉心熔毁事故,虽然没有造成任何人员伤亡,但美国人对核能安全性的认知深受影响。从某种意义上说,三里岛核电站成了反核运动的“集结号”。正是从1979年起,美国方兴未艾的核能产业一下子变得“功能失调”起来,尽管后来不断有人宣传“核能复苏”,但之后30余年,美国都没建起一座核电站。

第一节 核电的辉煌

作为人类和平利用核能的里程碑,世界第一座核电站运行近半个世纪才安全退役,堪称典范。

早在二战结束前后,科学家就已考虑和平利用核能的课题。1951年,美国科学家首次在爱达荷国家反应堆试验中心,生产出100千瓦核电,迈出了和平利用核能的第一步。1954年6月27日,莫斯科广播电台的一则新闻震惊了世界:“在科学家和工程师的共同努力下,苏联建成了世界上第一座5000千瓦核电站,已开始向农业项目供电。”这个名为“第一核电站”的项目,当时属于最高机密,连建设工地上的工人都不知道自己在建什么。这座位于莫斯科近郊奥布宁斯克的核电站,从方案设计到竣工运行仅耗时3年,创下了核电站建设的速度之最。按设计,该核电站的安全运行寿命为30年。据此,苏联于1984年决定将其关闭。后因种种原因,核电站的关闭计划一推再推,直到2002年4月30日俄罗斯原子能部宣布将其正式关闭。核电站从投产到退役,安全运行了近半个世纪,堪称世界核电站的安全典范。核电站规模虽小,但它被公认是人类和平利用核能的一个里程碑。退役后,已更名为“奥布宁斯克科学城”,要改建成科技博物馆。

与此同时,世界各科技强国和平利用核能的科研工作,也在突飞猛进。1956年,美国、英国先后建成核电站;进入20世纪60年代,核电国家的名单上又增加了法国、德国、加拿大、日本等。从1954年到1965年,全球有38个核电站投入运行。其中苏联采用的技术是石墨沸水堆;美国采用的技术有沸水堆和压水堆;英法则选择了不使用浓缩铀,只使用天然铀的石墨汽冷堆;加拿大走的是天然铀重水堆发展之路。上述核电技术,为后来核电技术的发展奠定了基础。在业内,被视为早期原型反应堆,即“第一代”核电技术。

经过多年安全运行,核电技术日趋成熟,尤其是上世纪七十年代的“石油危机”,更成为推动核电发展的强大动力,核电的经济性受到空前推崇。到1980年,全球新增核电站242个。从1970年到1982年,美国的核电产量增长12.8倍,核电占电力产量的比例从1.3%增加到16%;法国的核电产量增长了20.4倍,核电比例超过其电力生产的40%;日本的核电产量增长了21.8倍,核电比例达到20%。期间,巴西、阿根廷、印度等发展中国家也步入核电国家的行列。

第二节 三里岛事件,核电的拐点

三里岛发生了“小故障”

事故起因于一台给水泵跳闸导致的蒸汽发生器二次侧给水中断,由此引起反应堆冷却水温度升高,使一回路压力上升,顶开了稳压器顶部的泄压阀,蒸汽和水通过泄压管道流出。当压力下降到原先整定的复位压力时,泄压阀失灵卡住未能关闭。此时两台高压注入泵自动起动并向反应堆冷却剂系统注水。由于运行人员判断失误,关掉了一台泵并减少了另一台泵流量,造成反应堆失水,在反应堆冷却剂系统中开始形成汽泡。1979年3月28日上午4时11分水流入了安全壳大厅的存水槽。5时以后不久,由于冷却水已沸腾,4台主冷却剂泵开始振动,运行人员又先后将这4台泵停运,停止了冷却水通过堆心的强迫流动。直到6时22分才将泄压阀前的截止阀关上,失水是停止了,并且压力开始上升,但损坏仍在继续中。8时26分,运行人员重新投入高压注入泵,大约到10时30分,堆心才重新完全淹没。

在反应堆开始失水以后,安全壳内辐照水平开始增高。6时30分以后,电厂内一些区域辐照水平也增高。7时以后,电站进入全面紧急状态。下午1时50分,发生了一次氯气爆炸。在随后几天内,由于信息的混乱和看法不一,对要采取的应急行动达不成一致意见。整个事故一直延续到4月2日早晨才宣告得到控制。4月4日才取消所有的戒严令。而到4月27日才重新建立稳定条件。

事故后的去污工作于1979年4月开始。1982年开始着手拆除损坏的反应堆,1987年初完成。之后又执行一项将拆下的放射性废器材监测存放的计划,两年后把拆下的废物运离厂址,并对放射性废水进行最终处置。

由于在事故期间相当长时间堆心失水外露,部分堆心中温度曾高达1900~2200℃,堆心严重损坏,大量裂变产物释放到一回路系统,并接着通过各种途径进入电厂环境。在反应堆厂房积存的废水总量约为2.5×10立方米,放射性核素储量约为4.4×10居里,主要为铯和碘。辅助厂房内积存的废水总量约为2.2×10立方米。

当放射性废水流到反应堆厂房内时,惰性气体即由水中析出而进入安全壳大气。在事故开始后第3天对大气采样表明,安全壳大气中放射性总储量约为1.3×10居里。虽然在处理事故过程中采用了各种措施以减少向环境的释放,在整个事故应急期间(事故发生后第一周),向环境释放了约2.5×10居里的惰性气体和约7.5居里的碘。此后,又通过电站通风口释放出约7居里碘。因而碘的事故总释放量约为14居里。事故后几年内,仍不断有少量的气态流出物释放到环境中。

三里岛事件,核电的拐点

美国一直是全球第一大核能电力消费国,但过去的整整三十年,美国没有建成一座核电厂,直到去年,奥巴马政府决议兴建两座新的核电站。这段漫长的空窗期,拐点就出现在1979年——宾夕法尼亚州三里岛发生核泄漏危机。

一语成谶

1979年3月16日,全美的影院上映了一部名为《中国综合征》(The China Syndrome)的影片。由简·方达(Jane Fonda)饰演的一名加州电视台主持人,总是对一系列核电站的建成感到莫名的不安。在片中,她向一位核物理专家发问:“如果哪一天核电站的堆芯溶解,是不是会让像宾夕法尼亚州这样的地区永久荒弃,无人居住?”

1979年3月28日,位于宾州的三里岛核电站二号机组发生了严重的核泄漏事故。核电站的堆芯发生溶解,幸而没有人员伤亡,事故最终被评定为“5级核泄漏”,是全世界首例反应堆堆芯发生溶解的重大核危机。

谈核色变

三里岛核电站建在内陆,属压水反应堆结构。也就是说,在反应堆上方好比有一口巨大的压力锅,用以带走核裂变反应所产生的余热。1979年3月28日,反应堆正在稳定地接近满功率运行,冷却系统出了点小毛病——一台把汽轮机冷凝水送回去的给水泵发生故障,可能导致反应堆持续升温而爆炸。

但是,守在反应堆边

的几位技术人员和设备几

乎同时“短路”,让“小故障”

急转直下恶化成了“核危机”:

先是冷却系统的阀门出现故障,

冷却水大量排出造成堆芯温度

上升,等到8分钟后发现错误

时,蒸汽发生器已经烧干了。

这直接导致了堆芯燃料的47%

溶毁并发生泄漏,含有放射性

的冷却水灌进了安全壳厂房。

放射性物质泄漏的警钟

响了起来,无奈被淹没在警声大作的厂房内。手忙脚乱的抢修员事后竟想不起人类史上第一次核泄漏的警笛声何时响起。庆幸的是,由于堆芯的三层防护都没有受到毁灭性破坏,因而事故无一伤亡。

即便看起来是虚惊一场,但在短短两天内,事发地周围20公里内近14万居民撤离一空。美国人从此谈核色变。

三里岛事发,一下子耗空了美国人刚刚建立起的对核设施的信任。

1979年3月30日,宾州州长下令核电站方圆5英里内的孕妇和儿童撤离,10英里内的学校全部关闭。很多人举家出逃到12英里外。100英里外的首都华盛顿民众纷纷集会示威,要求停建或关闭核电站。一场美国史上前所未有的核危机真正拉开了帷幕。

1979年4月1日,时任美国总统的卡特亲临三里岛核电站,各路官方和民间的事故调查机构也随行而至。经过历时半年的调查,卡特派出的特使团指出:“事故症结是我们应对危机的应急预案太不到位……美国到了对核电重新认识的时候。”

能源政策转向

三里岛事件后,卡特的顾问们不得不屡次提醒卡特,如果发表赞许核能的讲话,无异于政治自杀。这时,曾经拥护核能的人士也纷纷闭口,美核管理委员会匆忙宣布暂停颁发新的核电站营造和运行许可证。1979年底,卡特表明政府态度:“核能应当作为最后一种可供选择的能源。”

从某种意义上说,三里岛核电站成了反核运动的“集结号”。正是从1979年起,美国方兴未艾的核能产业一下子变得“功能失调”起来,尽管后来不断有人宣传“核能复苏”,但30年来,美国都没建起一座核电站。在事故发生后五年内,更是直接取消了51个核电站建设项目。

第三节 福岛VS三里岛核事故

美国宾夕法尼亚州三里岛核电站制冷系统1979年3月出现故障,引发美国最严重核泄漏事故,事故等级定为5级。

32年后,日本福岛第一核电站因遭遇地震、海啸双重打击出现核泄漏,事故等级同为5级。

不过,一些核专家警告,尽管等级相同,但日本方面面临的局面或许更加复杂。

一些核专家说,日本福岛第一核电站核事故等级与三里岛相当,双方面临的核心挑战大致相同。

与福岛第一核电站一样,三里岛核电站工程人员1979年需要完成的主要工作是恢复反应堆冷却水水位,防止具有高辐射性的燃料棒暴露在外,遏制可能发生的燃料棒熔化和核辐射严重外泄。

不过,两起核事故起因不同。

对三里岛而言,核事故缘于反应堆一个减压阀出现故障,误开两小时。但工作人员认为这一阀门已经关闭,因此切断了自动触发的紧急注水程序,致使冷却水水位下降,燃料棒暴露在外。

一个美国总统调查委员会随后认定,这一事故“由一系列人员操作失误、制度缺陷和机械故障共同引发”。

但福岛第一核电站事故主要诱因是3月11日日本强震和随后触发的海啸。地震、海啸致使核电站供电中断,对核电站造成“物理”破坏,数座反应堆的紧急冷却系统以及一座乏燃料池遭到破坏。

美国联邦核工程师哈罗德·登顿说:“与福岛面临的问题相比,三里岛核事故只是小菜一碟。”

登顿说,福岛第一核电站面临的状况“在三里岛从未发生”。他认为,由于核电站遭到“物理破坏”,工程人员失去了向反应堆注水的正常能力。

不过,三里岛状况相对平稳,核电站设施、附近道路、供电系统以及反应堆供水系统保持完整,反应堆外围钢筋和混凝土包裹装置稳固,乏燃料池安全。

另外,就故障反应堆数量而言,福岛第一核电站承受压力更大。

在三里岛,工程人员只需把精力投注于一个故障反应堆;而日本方面则面临三个反应堆燃料棒完全熔化的风险。

与三里岛一样,日本灾区民众同样面临信息不全、信息相互冲突的困境。有关核辐射量到底有多少、多大范围内的民众应撤离等疑问,尚未得到明确解答。

32年之前,没有一个美国的核工厂被受监管的。但是,三里岛事故发生后,导致更严格的安全标准的核电站出现。当局想方设法提高操作人员的培训,为管理人员提供知识和工具。现在,美国的每个核电站都必须有模拟控制室,这是和电站神经中枢一模一样的模拟器。控制室操作者每六个星期中有一个星期要在这个模拟控制室进行训练。训练是非常逼真的。所有操作人员都必须接受培训,以提高他们的应急反应和处理事故的能力。

三里岛事故成为了美国核电事业的一个拐点,而它又仅仅影响了美国吗?它带给人类的世界的是什么?这值得全人类尤其是各国当局的深思!

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