在上周极具破坏力的地震和海啸发生后,日本正试图阻止核危机进一步升级。曾在2007年日本震后访问过一所核电站的詹姆斯•阿克顿,详述了日本福岛核电站核危机的相关情况,以及面对已经损坏的核电站,日本当局需要做些什么以防范事态进一步恶化。

为什么日本地震引发了核危机?

在日本海边的福岛第一核电站(Fukushima Daiichi)采用的是“沸水反应堆(boiling water reactors)”。它的原理不难理解:核反应产生的能量把水变成蒸汽,然后蒸汽驱动发电机发电;当核反应堆关闭时,核反应基本上立即停止,但在反应堆芯的辐射能仍然产生热量。这意味着即使反应堆被关闭后它仍然需要冷却。

当上周五地震发生后,通过把控制杆(control rods)插入反应堆,正如预期的一样,反应堆自动关闭了。现在的问题是,反应堆关闭后还需要冷却,而控制堆芯冷却的水泵依靠电力。有两个外部电源支持着核设施的运转,但它们都因地震而毁损。现场也有柴油发电机组作为备用,正如预想的那样启用了柴油发电机,但是海啸淹没了发电机,阻止它们发电。

危机基本上就由此开始了。从那时起,核电站操作员和日本安全部门就一直试图用有限的电力和供水去冷却反应堆。尽管现场还有一些备用电池,核电站操作员也可能带来更多的电池,但我们并不清楚它们的具体效果如何,能够提供多长时间的电力。

当核反应堆不能冷却时会发生什么?

如果温度太高且没有办法冷却反应堆,堆芯就会开始融化。“融化”这个词经常被使用,但在许多方面,它是一个无力的字眼——实际上会产生很多种可能的结果。日本当局已经怀疑在某些反应堆单元的燃料棒已经部分融化,但存在各种可能性,不排除最糟糕的情况是,整个堆芯大面积融化。

日本当局是如何应对危机的?

一系列非常复杂的事件造成了我们现在的处境,但当前我们也只是部分了解核危机的情况。我们知道反应堆堆芯的冷却是不充分的,1号机组正是第一个表现出严重问题的反应堆。

为了尽可能冷却反应堆,最终,核电站操作员决定将海水直接注入1号反应堆芯。因为将水注入堆芯将严重破坏反应堆,这个措施只会在反应堆预计报废的时候才会采用。

在这种情况下,3号机组的冷却系统似乎又工作了。但不知何种原因,冷却又停止了,最终核电站操作员也决定将海水泵入3号反应堆。之后,2号反应堆也被注入了海水。整个过程——由于不明的原因——引发了麻烦,星期一核反应堆燃料棒已完全暴露在外了。现在水位只是稍有恢复,但还达不到目标要求。

反应堆的气体泄露到大气中会对环境及周边人群造成危险吗?

因反应堆过热,大量液态水迅速变成蒸汽,如果压力变得太高,蒸汽就需要被释放,否则就有爆炸的风险。蒸汽首先从反应器压力槽(reactor vessel)释放到围绕在反应堆的围阻体(containment building),从安全的角度讲,蒸汽最终需要排入大气。

基于目前手边的信息,放射性物质在蒸汽中的含量是比较低的。如果形势没有恶化,蒸汽的泄露不会对人或环境造成严重伤害。

为什么会有两起爆炸事件?

当故障反应堆处于极端情况时,蒸汽能和周围的金属燃料发生反应并产生氢气。氢气具有爆炸性。从某种程度上来说,好的方面是安全系统工作了,因为氢气从围阻体和周围设备的通风口排出了。但是一个安全系统并没有像被设计的那样排除氢气,可能是由于它们缺乏电力。

最终氢气聚集到足够的量,在星期六1号反应堆中发生了一次爆炸。日本当局说,围阻体本身在这期间并没有损坏。星期一,当3号机组的围阻体顶部被吹掉时候发生了第二次爆炸,据说由于相同的原因。

如果形势恶化会怎么样?
我们不希望反应堆芯开始融化的原因就是很有可能高放射性物质可以很容易地被释放到大气中。然而,反应堆芯融化不必然导致大量的放射物接触大气。在1979年的三里岛事故(Three Mile Island accident)中有非常严重的堆芯融化,但释放的放射物却非常少。尽管如此,日本现在情况难料,一旦堆芯开始严重融化,大量放射性物质就非常有可能泄漏到大气中去。

1986年切尔诺贝利核泄漏事故(Chernobyl accident)虽然经常被提到,但此次反应堆发生类似的爆炸是非常不可能的。所以,切尔诺贝利事故对于理解日本目前的核危机很可能是无用的。

接下来将会发生什么?日本还需要多长时间才能控制危机?

日本当局采取一切尽可能的措施去冷却反应堆芯,但情况仍然未知。很难预测此次事件的结果,因为可能性繁多,我们也无法确切知道日本当局还需多长时间冷却反应堆。堆芯的融化速度——如果正在融化——依赖于堆芯温度、冷却系统运作情况等很多因素。很难量化日本当局控制住受损反应堆的时间,可能只需几个小时,也可能需要数十天。

福岛第二核电站(Fukushima Daini)是位于附近的另一核设施,已经声明有三个反应堆进入紧急状态。目前几乎没有任何关于这里进展情况的信息,但希望它只不过是一个预防紧急状态。