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这四道固若金汤的防线,在海啸面前竟然不堪一击

2011年3月11日,福岛第一核电厂1、2、3号机组正处于满功率运行状态,一切正常。4、5、6、号机组正在进行停堆大修。

4号机组反应堆刚进行卸料操作不久,从反应堆内卸出的乏燃料暂时存放在乏燃料池中。刚从反应堆内拉出来的核燃料具有极强的放射性,不断的放出大量的衰变热。不过这些乏燃料均泡在超过7米深的乏燃料水池中。

乏燃料水池的作用有两个方面,第一个方面就是冷却乏燃料。乏燃料内的水是纯度极高的提纯水,几乎和蒸馏水一个级别。这些冷却水从乏燃料池入口流入,流进乏燃料时带走乏燃料产生的衰变热,再流出乏燃料池进行冷却。正是这种源源不断的流水才能保证乏燃料的冷却。乏燃料池内的容量虽然很大,大约有一个3个标准游泳池那么大,但是一旦流水被阻断,乏燃料强大的衰变热也会很容易的将这满池的水蒸发干净。

乏燃料池还有一个功能,就是屏蔽辐射。水是辐射线的良好的屏蔽体,虽然乏燃料池水下的燃料辐射可能有上万毫西弗,但是乏燃料池水面上的辐射却可以接近于零。

乏燃料水池

在正常情况下,乏燃料池应该是反应堆厂房内辐射最低,最干净的地方。当然,这也仅仅是正常情况下。

下午14点46分,日本本州岛东海岸区域发生里氏9级地震。

核电厂不怕地震,即使大地震,核电站也未必会怕。因为核电厂的选址十分严格,一般的核电厂都是建在一个整块的地层上,比如说一个整块的岩层上。同时,在反应堆建造期间,大量的混凝土保证反应堆的底部是一个牢不可破的整体。正因为如此,在地震来临时,反应堆只会整体产生轻微的摇晃,而不会导致反应堆厂房以及建立在这个牢固地基上的设备跌落或损坏。

地震刚发生时,福岛核电站毫无压力,1、2、3号机组的地震监测仪器马上就探测到了强烈的震动。根据预设的程序,反应堆自动停堆,各机组的应急柴油机正常启动,给反应堆的各个核心设备供电。

自动停堆后,反应堆控制棒插入堆芯,完全吸收了链式反映产生的中子。此时,不再有新的裂变能量产生。此时,只要反应堆的衰变热导出系统正常,那就一切正常,什么事故也没有。在地震发生后的半个小时内,这一切确实都是正常的,各个机组主控室内操纵员冷静地按照预定的程序操纵反应堆。或许,这次地震本来仅仅只是他们下班后的一个谈资而已。

然而一个小时后,一切都改变了。因为这时来了一个比地震更可怕的恶魔--海啸!

核电厂防御事故的思路是纵深防御。所谓纵深防御,就和打战一样,面对敌人设好几道防线,当第一道防线被突破时,还有第二道,第三道,只要这些防线中有一道防线守住,就可以保证不会出事。

福岛核电厂也是一样,为了保证在任何情况下都能保证关键设备的正常供电,福岛核电厂的供电系统也有几道防线。

首先第一道防线是各个机组的电力相互支援。这样可以保证一台机组意外停堆的时候,旁边的机组还能为其供电,保证关键设备正常运转。不过可惜的是,这次地震让所有电厂所有机组停运,各机组因为不能再发电而不能相互支援,第一道防线被摧毁了。

不过这只是第一道防线而已,后面还有好几道防线呢?这个时候福岛核电厂所有的人员都很淡定。

这第二道防线便是应急柴油发电机,应急柴油发电机会在失去电源后自动启动并为核电机组关键设备供电。应急柴油发电机具有很强的自持能力,而且每个机组不止一台柴油发电机,即使在地震中单台柴油发电机故障,这第二道防线仍然可以发挥作用,保证一切正常。在地震后,这第二道防线正常发挥了作用。一切仍然正常。

然后就是第三道防线,就是厂外应急电源。当应急柴油发电机也由于故障损坏的前提下,核电机组仍然可以通过电网从别的电站获取电能,为关键设备供电。要摧毁这道防线,除非摧毁附近的电网。以前,人们认为只有战争才会摧毁电网,因此,人们认为,设置了这三道防线,核电站基本上是不可能出严重事故了。

但是,不放心的设计师并没有满足于此,他们还设置了第四道防线。这道防线,就是蓄电池组。有了这道防线,即使核电机组失去应急柴油发电,失去电网的支持,仍然可以在一段时间内保证关键设备供电。这个一段时期,对于福岛第一核电站的各个机组,准确的说是8个小时。如果在这8小时之内能够从厂外运来移动发电机并接入机组,还是可以保持核电机组安全的。

但是不幸的是,天灾人祸加在一起。这四道精心布置的纵深防线却被一一突破,终于酿成了堪比切尔诺贝利核事故的人类和平利用核能史上的第二次7级核事故。

前文已经讲过,福岛核电站只能应对小于5米的海啸。这么柔弱的海啸防御能力,即使是一场较大的台风,也可以让福岛核电站发生水淹事故。我好奇的是,福岛核电站这几十年来运气竟然如此之好,难道这几十年来连台风也没遇到过?

而同时,福岛核电厂的应急柴油发电机布置也存在问题。1、2、3号机组的应急柴油发电竟然布置在厂房的地层地下室内。所谓地下室,也就是地面以下。这样来看,这些应急柴油机的竟然是布置在海平面以下的。我不理解当时这样布置发电机的理由。

地震发生后一个小时,海啸来了。根据当时日本气象和海事部门的测算,当时袭击日本的海啸最高达到了39.8米,而正面袭击福岛第一核电厂的海啸达到了15米。这个时候,懂算术的孩子都知道,减去福岛第一核电厂那可怜的5米不到的海啸防御能力,福岛第一核电厂在海啸来临后,几乎都泡在了10米深的水中。

在10米深的海水中,第二道防线,那些处于地下室内的应急柴油发电机很快被摧毁。第三道防线呢?在浪高最高达到39.8米的海啸中,福岛第一核电厂附近的电塔纷纷倒塌,电网也被摧毁了。

此时,仅仅第四道防线,那些蓄电池还在努力地保证反应堆的安全。

但是第四道防线却只能支撑8个小时,如果8个小时候没有后备电源前来支援,那么第四道防线将被时间摧毁,核电机组将无险可守,只能静静地,眼睁睁地看着事故发生。

海啸过后,福岛第一核电站厂区一片狼藉。福岛第一核电厂内的各机组主控室内的操纵员赶紧将目前面临的紧迫情况直接向东京电力公司报告。他们报告的内容均一致:“核电厂内所有应急发电机损坏,急需要从外部运来应急柴油发电机支援!”

东京电力公司从前是不喜欢研究机构从理论上分析自己下属的核电厂的潜在安全隐患的。以前他们拒绝了研究机构关于福岛核电厂海啸预警能力不足的研究结果,当然也拒绝了随之产生的应急方案—他们根本没有预备移动应急发电机。

因此,当福岛核电厂传来急需移动发电机的求援电报时,东电公司总部的主管一片茫然,很久,他们想起了给政府打电话,向日本政府求援。但是,东电公司没有把事故说得那么严重,因为这样太丢面子了。

东电公司只是简单地向政府表示:“我们福岛核电厂暂时失去了厂用电,希望政府能够给我们提供一些。当然,福岛核电厂现在一切正常。请放心!”

日本政府很信任东京电力公司,毕竟是日本最大的电力公司之一,他们都说没事了,那肯定就是没事了。不过,日本政府听说福岛核电厂需要救援,还是指定关西电力公司支援福岛核电厂。

但是,第四道防线只能撑8个小时!到了3月11日23点,福岛第一核电厂已经完全失去了厂用电。

此时,反应堆内发生的事情,和三哩岛核事故,切尔诺贝利核事故那时的反应堆内发生的事故一模一样。

由于没有足够的冷却水供给,反应堆内的燃料棒的衰变热无法导出,导致堆芯内的冷却水温度不断升高,最终沸腾。高温高压的蒸汽开始突破堆芯回路内的一些薄弱环节,开始向厂房内泄漏。而由于冷却水变成蒸汽从堆芯内逃逸出去,使得燃料棒开始裸露在空气中,彻底失去了冷却。

失去冷却的燃料棒如恶魔一样,开始展现其狰狞的面目。

(未完待续)

作者的话:这一篇是福岛核事故系列的第二章,因为没有链接,感兴趣的朋友可以在我的头条号主页阅读第一章,也可以在我的微信公众号(ID:hedianguoji)上阅读全文。谢谢!

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