福岛核事故引发的若干思考

张忠岳

（中国原子能科学研究院，北京 102413）

2011年3月11日，日本福岛第一核电厂所在的日本东北部宫城县地区发生历史上罕见的里氏9级大地震。巨大的海啸接踵而至，迅猛汹涌，浪高达20米，所过之处，破坏严重。福岛核电厂为防范反应堆严重事故所设置的备用电池和应急柴油发电机组，都因被海水所淹而失去功能，致使受损反应堆一回路长时间不能恢复工作。虽然反应堆在地震中自动停堆，但由于堆芯长期得不到足够冷却，终于导致燃料熔化，熔融物质熔穿压力容器，大量放射性物质进入附近海洋及地下水体，对环境造成严重危害。事故初期，东京电力公司（简称东电）曾尝试通过排气减压及从外部补给海水来保全压力容器，但收效不大，反而在反应堆高端聚集了由水蒸气带出的、因高温锆-水反应所生成的大量氢气，导致氢气爆炸，厂房受损。据东电估计，要清除大面积核污染、使核电厂及其附近地区的环境恢复到事故之前状态，将是十分复杂和旷日持久的工作，少则十几年，多则几十年。

福岛核事故后果严重，大量放射性物质逸出厂区，造成广大地区长期的严重环境后果。按国际核事件分级标准[1]，被定为7级事故（最高级别），与1986年苏联的切尔诺贝利事故相当。

福岛核事故对日本核电发展造成重大冲击，民调显示，近50%日本国民对核电安全性深表疑虑，人们要求放弃核电，改用别种能源（如页岩气或各种可再生能源）取代。

日本地处环太平洋地震带，国土面积（包括日本列岛周围领海）仅占地球表面积0.2%，而年平均地震释放的能量则占全球地震释放能量的15%[2]。处于如此严峻的地震（海啸）地质条件之下，福岛核事故造成的损失又如此严重，日本国民担忧核电风险太大，应该是可以理解的。

福岛核事故损失惨重，部分原因在于东电在事故处理中，决策犹豫，行动迟缓。与此同时，福岛核事故也提出了今后核电建设中许多估计难以避免、而且不易解决的问题，值得认真讨论与思考。

1 选址和延寿审批问题

1.1 选址

核电发达国家（包括日本）对核电厂选址都有严格规范。遵照规范办事，按理在设计寿期之内，不应该遭遇超出设计预期的强烈地震，也不至于发生严重事故。

福岛第一核电厂各个机组的情况，如表1所示[3]。

由表1可知：

1) 事故发生时，1号机组已经顺利运行40年，达到了设计寿期。

2) 3号机组受损稍轻，稳定运行的时间约35年。但据报道，4号机组乏燃料水池严重受损。

3) 关于5、6号机组，报道很少，估计受损不重。与1、2号机组相比，它们“年轻”7～8岁、似乎应该更“强壮”一些，或许在设计上也有所改进。

里氏9级大地震在历史上极其罕见。从这次地震震级之高、破坏程度之严重、厂外居民撤离规模之大的情形分析，厂区烈度应可达到日本气象厅JMA-7度。厂址附近发生破坏性如此巨大的地震和海啸，显然，是当初设计时所未曾估计到的。如果当时已经预测厂址附近会发生如此强烈的地震，估计没有人敢冒险选择这样的地区建造核电厂。

综上所述，可以得出如下结论：

1) 就1号机组顺利运行到设计寿期终点而言，当年选址（40年前）似乎不当。

2) 2～6号机组都在设计寿期之内遭遇超过其防御能力的强烈地震（海啸）袭击，这种情况，很令人担忧。因为福岛发生的实际情况显示：在设计寿期内（或在比设计寿期更长的时间内）厂址附近不发生强烈地震的设计预期并未实现，真实情况与之相反。1号机组获准延寿不过一年，就遭到地震（海啸）的严重破坏，似乎也十分“出人意外”。由此可见，福岛核电厂的设计（至少是抗震设计）和管理潜在风险很大，应有待改进。机组商业运行后，通常每隔10年（如在中、法、俄、美等国）要求进行一次全面细致的安全评估（包括抗震安全），对于机组延寿，更需要作详细周到的审核。近年来，日本对厂址外部地震地质条件的变化及变化趋势的预测，已具备很强能力，但在福岛核事故中似未见到预测、预警的作用，令人难以理解。如果预测厂址附近在未来10～20年中，可能发生里氏9级地震，则1号机组延寿计划，估计不可能通过，而对尚在设计寿期内运行的机组，则应部署相应的事故防范和缓解措施。但实际情况，似乎并不是这样。

表1 福岛第一核电厂第1～6号机组概况Table 1 Overview of Unit 1～6 of Fukushima daiichi NPP

3) 日本国土面积狭小，据预测，未来许多地区发生强烈地震和巨大海啸的趋势还将恶化，在这种情况下，对核电厂抗震能力的要求是否应该提高，提高到什么程度，核电成本过高的问题怎么考虑，如果不要求提高抗震要求，遭遇类似福岛核事故的风险怎么对付，这些问题将要求在规范修订时给出明确回答。这些问题不仅日本存在，其他国家也存在，只是程度不同而已。

1.2 机组延寿问题

福岛第一核电厂1号机组顺利运行40年（设计寿期届满）后，申请延长寿期。报道称，申请顺利通过，获准继续运行。审批通过后不过一年左右，就发生了福岛核事故。人们对于审批程序是否严格周到，深表疑虑。

审批核电机组延长寿期，是很复杂的工作。以福岛第一核电厂1号机组为例。它要求申请方提供能够反映部件、设备、结构、系统当前真实情况的完整、可信的数据（包括这些参数在40年中每隔5年或10年的变化过程）；要求收集离厂址近、中、远区域曾经发生过的地震的历史记录；要求预测当下震情以及未来发展趋势；要求制定完备的规范标准，对所提供数据的测定方法和数据本身的可靠性进行检验，并指导按可信的方法求出结构和系统在强震（海啸）下的安全裕度（见图1）。

鉴于福岛核事故发生以来，东电曾有数据漏报和数据失实的情况，人们不免怀疑，审批工作是否足够认真细致。如果确实进行过严格审评，如果审评结果确实表明1号机组还可以成功运行20年，那么1号机组在事故中的破坏也许不致如此严重。这个问题，只能等待以后全面公布事故分析报告时再作分晓了。

2 反应堆压力容器裂缝问题

据报道，在福岛核事故中，有3座反应堆堆芯熔化、熔融物质熔穿压力容器外逸，并有两座反应堆（1号和2号机组）压力容器在地震中发生裂缝（数据在事故中测到，有待补充、核实）。

过去一直认为，压力容器的特点是“不可更换，在整个使用寿期内绝对不允许破裂，反应堆启动后对压力容器不能再进行充分检查”[1]。如果报道属实，则福岛核事故提供了一个反例，它表明，反应堆压力容器的结构完整性，在极端情况下是可能被破坏的。“在整个使用寿期中，绝对不允许破裂”不一定做得到。

反应堆压力容器裂缝，意味着一回路压力边界完整性的破坏，意味着防御放射性物质外逸的一道重要屏障的丧失，是一个严重的问题。对于发生堆芯熔化的严重事故来说，尤其如此。

福岛核事故中反应堆压力容器裂缝的原因，目前还难以准确判断。根据为数不多的报道推测，容器材料在长期中子辐照之后，韧度降低，可能是原因之一。如果确实如此，可从另一角度说明，1号机组延寿审批中可能有考虑不周之处。

图1 机组延寿审批顺序示意Fig.1 Sketch of unit life extension approval

3 关于一址多堆的问题

从经济性考虑，一址多机组无疑是很合理的。同一厂址建造多个机组，可以节省前期工程费用和共用设施费用，错开各机组的施工日期，有利于劳动力和施工机具的使用效率，并缩短建造周期[1]。目前，多数核电厂都做一址双机组或4个机组的安排，估计可以减少投资15%～20%，经济效益十分可观。因此，同一厂址布置的机组数目，有日益增多的趋势。福岛核事故从反面提供了一个“经验”。由于1、2、3号机组受到破坏，使整个厂区陷入严重污染和秩序混乱的状态。5、6号机组，虽然大体完好，亦很难维持正常运行。据报道，第一核电厂1～6号机组很可能全部废弃。如果采纳6个机组全部报废的计划，则经济损失将十分巨大。在正常情况下一址多堆带来的巨大经济利益和一址多堆在严重事故下可能蒙受的巨大经济损失之间，很难找到“平衡”，因为它毕竟是一个带有高度不确定性的概率问题，而不是一个确定性的问题。但对于像日本这样国土面积很小、地震多发的高震级国家，这个问题是应该考虑的。一址多堆在重大事故下如何分区管理、分区救援，是很难处理的问题，恐怕需要有新的设计思想、新的厂区布局。

4 结束语

1) 福岛核事故是一场不幸的核灾难，损失惨重。同时，它也提出了一些在今后核电发展中有待讨论和思考的问题。例如，机组正式运行后，对外部地震地质条件的变化和发展进行定时的、长期的监察、预测、分析、研究，就是对改进和提高抗震安全大有好处的办法。有些则是“老问题遇到新情况”。例如，压力容器钢在长期中子辐照以后韧性下降，本来是老问题，但在异常强烈的地震作用和运行40年后申请延寿的特殊情况下，就需要特别审慎了。

2) 主张大力发展核电的专家们认为“核电是安全的”，对于厂址附近区域不可能发生异常强烈地震（海啸）作用的情况，这是对的。但对于可能遭遇类似福岛核事故那样极端情况的地区（如日本沿海），民众担心“核电风险太大”，也不无道理。恐怕要不同情况，不同对待，不能一概而论。

3) 福岛核事故后，日本大大加强了对东日本和西日本沿海许多地区地震地质条件变化及未来发展趋势的预测和研究，而且得到了很多成果。这种工作意义很大，是需要认真学习的。

[1]连培生，编著.原子能工业[M].北京：原子能出版社，2002.（LIAN Pei-sheng.Atomic Energy Industry [M].Beijing: Atomic Energy Press,2002.）

[2]笠原庆一，著.防灾工程中的地震学[M].郑斯华，等译.北京：地震出版社，1992.（笠原庆一.Seismology in Disaster Prevention Project [M].Translated by ZHENG Si-hua et.al.Beijing:Seismological Press, 1992.）

[3]IAEA.Nuclear power reactor in the world，reference data series NO.2[R].Vienna 2004.

[4]周锡元，等著.场地 地震 设计地震[M].北京：地震出版社，1990.（ZHOU Xi-yuan, et.al.Site-Earthquake-Seismic Design [M].Beijing:Seismological Press, 1990.）

[5]А.Н.Бирбраев.Расчёт Конструкций на Сейсмостйкости[M].圣彼得堡：Наука出版社，1998.