当前位置: 石墨 >> 石墨介绍 >> 公然排核污水,日本制度解决不了福岛核泄露
最近诸多大事件发生,除了诸多政治新闻以外,对于整个人类和全球的生物而言,还有一个听起来很恐怖的决定正在被坐实。那就是东京电力公司以及日本政府,似乎要将现存的以及未来几十年福岛核电站的冷却废水倒入太平洋了。
消息一出,国内外均出现了强烈的谴责之声,但官方的声明却是这是唯一的解决办法了。同时作为同为七级核事故的切尔诺贝利事件,已经过去30多年了,还有平方公里仍是隔离区。而福岛核事故仅仅是不到十年的事情,政府已经在成规模的组织人口迁回,福岛的农产品也为他们的政府积极出口。
而且对比当年苏联的大工程,日本这边除了注水似乎也没做啥别的了。这里有没有疑问,是否合理?是否有更大的危机正在酝酿,我们需要认真回顾这个事件以及核反应原理,同时与之前的灾难做比较,这样才能理清责任,明确后果,做出防范。
核裂变反应因为自身链式反应的特性,一旦启动并失控,除非燃料耗尽,否则将无法停止。要理解这个事故的可怕性,我们还是要回顾一下核反应的原理。
现在用的核反应堆燃料铀被一个中子击中并吸收中子之后会变成不稳定状态,然后裂开成为两个较轻的原子,同时又释放出三个中子。一般裂变反应释放出来的中子速度较快,不易被铀吸收,所以天然铀矿正常不会出现核反应。
维持链式反应的方法,一个是增大裂变反应物的浓度,让裂变出的中子更大概率能射入另一个铀原子核内。另一个方法是用石墨、重水等中子慢化剂让中子减速,使其更容易被其他铀吸收裂变。这个反应中有部分质量转化成能量,以光能及热能放出,光能是伽玛射线,热能是原子分子的动能,如此往复。铀原料的浓度越大,被中子撞击到的概率就越大,宏观上的裂变反应也就越剧烈。
核电站的铀浓度在2%到5%,与中子慢化剂结合形成链式反应,浓度在85%以上就是核武器。所以核反应的微观过程不受任何外界温度、磁场的影响,想关掉它可不像把火吹灭一样容易。如果核反应材料与促进反应的中子慢化剂熔融在一起,那这个反应就再也停不下来了,除非燃料耗尽。
这个熔融状态的岩浆几乎可以融化地球上所有普通物质,而且几百吨且浓度低的反应物需要上万年才能反应完。同时裂变反应物,也就是铀裂开之后变成了众多原子,都不稳定,还会继续放射出各种物质,同样产生巨大的热量。这个热量的微观表现就是放射出的粒子撞击其它粒子,使其动能增加。温度的本质就是微观粒子无规律运动的动能。这就是最恐怖的堆芯熔毁的情况。石墨中子慢化剂是切尔诺贝利事件毁灭性的主角儿,那这个福岛核电站出事又是啥原因啊?
大致了解一下这个核电站的原理,与切尔诺贝利核电站的RBMK沸水反应堆相似。日本福岛的BWBR反应堆同样是通过核反应直接加热核燃料周围的冷却水,使其沸腾,带走反应堆产生的热能,然后沸腾的水推动发电轮机运转,推动轮机运转的水蒸气冷却之后又会被管道抽回反应堆底部再次加热沸腾,实现循环。同时用可以吸收中子的控制棒对反应进行控制。
只有飞出油泵的中子才能被各种慢化界减速,成为适用于核裂变反应的热中子,射入相邻的油泵才能反应。理论上控制棒插入其中,可以吸收绝大多数飞出铀棒的热中子,从而阻止反应继续。
福岛与切尔诺贝利核电站的建造时间也都在七十年代,其实福岛核电站的建造比切尔诺贝利核电站还要早一些。相对于我国以及世界主力的压水堆,这种沸水反应堆结构简单,造价低。
但是一分钱一分货,福岛第一核电站一号机是通用电器生产了在美国没有拿下订单的反应堆。日本在七十年代作为美国的第五十一个州,且因为本子正处于狂热发展,求速度不求质量的时期,于是照单全收。其实这个核电站本来也准备在年三月二十六日废止,就差了十五天。
与切尔诺贝利反应堆不同的是,这个反应堆有一个多重防护的安全壳,是后面故事的主角之一。
吸取上次灾难的教训,福岛核电站也配置了堆芯紧急冷却系统和海水冷却系统。控制棒底端也再也没有石墨了。
回顾事件的经过,首先是天灾。被太平洋板块和亚洲板块挤出来的日本,一直在这个夹缝中中惶惶不安地生存着。
年三月十一日14时46分,日本东北地方外海公里处,发生了史无前例的9.1级地震。虽然震级空前,但是震中不在日本本土,加之地震频繁,日本房屋都有很高的防震措施,地震的直接影响不大,可是地震在大海里剧烈的搅动了海水,整个日本东海岸都遭受了10米以上海啸的冲击,防震设计的大量轻质房屋被冲毁,一度造成日本部分地区的彻底瘫痪。食物、水电长时间断供,近两万人在这次灾害中丧生,致伤致残者超过。
而且日本距离震中较近的福岛县海岸上还坐落着福岛第一、第二核电站。日本的核电站本身就有对地震的自动应对系统,强烈的地震立刻触发了核电站的紧急关停,控制棒全部插入堆芯。
虽然地震也导致国家电网对核反应堆的供电中断,不过安置在核电站的柴油发电机也在设定好的程序中被启动,给整个水循环系统供电,即使核反应已经停止,大量核反应的产物都具有极高的放射性,依然在进行着各种衰变,放出热量。如果这个热量不能被循环水带走,这个高温也足以熔毁堆芯,这就是柴油发电机的作用。
话说切尔诺贝利核电站事故就是为了试验突然断电处置措施,演练断电后柴油发电机的作用,结果各种粗暴的毛氏操作导致的灾难,这也算是前人的教训,换来了当前的暂时安好。
可是地震过后64分钟,13米高的海啸直接冲过核电站的防波堤,冲入核电站内,严重破坏了核电站的外部设施,也淹没了所有柴油发电机,导致短路失效,一、二、四号机失去了全部的外接电源,三号机仅剩直流电源。
当所有内置电池耗尽之后,反应堆的余热无法被带走,开始积累热量。13米高的海啸确实在核电站设计之初就没有考虑到。鉴于海啸在日本并不稀奇,更大的海啸在历史上也出现过,所以在此事的疏忽确实是危机的隐患。
本来为了防止反应堆过热的多重保险,包括应急冷却系统、海水冷却系统,都是需要外部电源驱动的。这些既定措施随着电源断电以及电池耗尽全部失效,一号机所有内部电池当场被海啸吞没失效。
反应堆安全壳内水循环泵停止工作,很快反应堆内水被烧干,堆芯开始熔化,水蒸气在高温和辐射的作用下,开始与包裹核燃料的金属外壳反应,产生氢气。安全壳内的压力急速增加,这时候急需外部电源启动冷却系统,为整个安全壳降温,否则一旦压力超标,安全壳就会被撞破。如果氧气进入,在超高温下很可能与氢气爆燃,发生反应堆核心的爆炸,那就是切尔诺贝利事件的翻版,或者更可怕。
切尔诺贝利是只有一个反应堆出现状况,而这次一、二、三号反应堆之前都在开机状态,真的全部爆炸了,日本就不能住人了,所以当前需要赶紧把新的发电机部署过来。
海啸袭击断电两个小时以后,东京电力公司才派出了电源车,但是受到地震海啸袭击的日本东海岸交通瘫痪,车辆走了一半无法前进,然后准备空运发电车,可是能调集了日本和驻日美军的直升机升力都不足,吊不起来。最后还是东北电力公司从另一个方向支援,打开通道,将自家的电源车开进了核电站,可是结果电源不配套,需要架设新的输电塔以及变电站。
夜里11时,仪表显示一号机内部压力是安全和设计强度的1.5倍。二、三号反应堆有部分内置电池还在运转,但是功率不足,内部压力也在增加。
在反应堆随时爆炸的恐怖阴影下,核电站厂长吉田昌郎决定释放核电站安全壳内的气体施压。由于没有外部电源,所以只能手动泄压。还在岗位上没有离开的一号机工作人员穿着防护服进入反应堆厂房,手动泄压成功,大量含有辐射的蒸汽以及氢气喷出安全壳,弥漫在厂房里。
又一个犹豫再三的决定之后。另外两个工作人员又进入二号机器,但是内部辐射强度过大,这两人没泄压又跑回来了,二号机泄压失败。一号机泄压成功已经是第二天的14时30分,内部已经干烧了23小时,堆芯早已熔融,不过暂时被控制在安全壳内,同样还在不断地产生氢气。
一小时后,一号机厂房内发生氢气爆炸,厂房屋顶被炸开。这个镜头被公共摄像机捕捉到。时任首相菅直人是看到这个视频之后才认识到了问题的严重性。之前几乎无人上报,氢气爆炸还将刚刚建成不到六分钟的受电设施毁掉。之前输电的努力功亏一篑。
二号机厂房一块外壁脱落,反应堆安全壳暴露。与此同时,三号机电池用尽,一号机的情况开始在三号机上演。工作人员同样对三号机进行了泄压,泄压两天之后,三号机厂房顶部氢气爆炸,燃起大火。
由于三号机与四号机共用一个排气孔,氢气同样在没开机的四号机厂房内聚集。在次日四号厂房这也被炸毁。
二号机虽然也失去全部外部电源,但内部电池大部分没有被海啸毁掉,所以注水冷却堆性维持了三天,让反应堆不至于升温过快。直到十四日电池用尽。同样的情况又开始在二号机里上演。更为严重的是,二号机一直没有泄压成功,压力在反应堆内持续堆积,这期间所有人束手无策,直至安全壳涨裂。
在此期间,东京电力甚至申请所有人员撤出电厂,防止出现伤亡,因为员工在他的指挥下死亡,他赔不起。但这也就是准备将这场事故弃之不管,然后大半个日本将被毁灭。所幸这个安全科强度并不均匀,一个小口破裂,内部气体未经任何处理,从小口喷出。
因为二号机厂房被之前的爆炸破损漏气倾泻,从破损处溢出,没有发生爆炸。但放射性物质直接喷入空气,随风飘散。
一号和三号机的主动泄压气体中的放射性物质会被部分过滤,有污染,但不算太严重。二号机是直接喷出来了。整个事故泄漏的放射性物质主要来自这个二号机。从十一日到十五日,除了给一、三两个反应堆泄压以及杯水车薪的喷水降温以外,东京电力以及日本政府没有做成任何事。
最开始甚至连喷海水降温都曾被东电阻止,因为喷海水盐分会让反应堆失去价值。这是一家出了事先想着控制成本的公司。直到一号机氢气爆炸,反应堆没救之后,政府才不得不下令用海水冷却反应堆。直到十七日,也就是事故发生整整六天之后,日本自卫队的消防车和直升机才开始给事故反应堆大量喷水,在这之后,各路力量以及输电装置才逐步部署到位。
由于一、二、三,三个机组堆芯熔毁,核反应已经得不到有效控制了。即使部分控制棒的材料也被熔化其中吸收中子,但促进反应的慢化剂也在其中,缓慢裂变反应还是在产生大量的热,所以东京电力只能让供水系统持续大量向反应堆喷水,希望冷却堆芯。
其实时至今日,安全壳内部是什么情况也不得而知,因为内部强烈的辐射没有什么仪器扛得住。
最开始的三个月,冷却水带着热量和辐射物排出后无处存放,也没有处理,东京电力公司直接将其排入大海。其中不仅有氚,还有碘和铯等致命物质,半衰期都在30年以上。
三月十一日发生的事故,十七日开始注水冷却,直到六月底一直在向大海直接排污。具体排掉多少,这家公司没有说明,但当时每天要用掉三百多吨水,还导致中国当时的抢盐风波。
七月后,东京电力将产生的废水全部储存了起来。次年十月,ALPS核素去除装置开始分离污染水中的放射性物质。先不说绝对重核素的处理效果在早期检验中的不过关,氚作为氢原子的同位素,本身就与氢原子一样参与水分子的构成,所以根本无法清除。
氚的放射性是会放出一个电子,然后自身变成氦三,放射出的电子不能击穿人体的角质层,所以对人体没有直接危害。但是如果随着海水进入海产品,然后进入人体参与新陈代谢,进入细胞内部,那可能直接参与到核苷酸的构建。那么放射性的氚将直接释放电子轰击DNA,自身又变成氦,化学性质改变扰乱DNA的结构,这就有畸形和癌变的可能。只是如果氚贝大海稀释了,那这个危害的概率会降低,但绝不是没有可能。万吨级的氚流入整个太平洋,最终会随着洋流和大气循环遍布全球。世界如此复杂,谁能绝对保证不会有什么影响,说不定直接加速物种的进化。
直到现在这个核电站每天也要产生吨核污水,现在累积万吨的污水,又在年开始倒入大海,因为东电没地方存了,且现在的储存罐也有寿命。一罐一罐的污水就像一个个定时炸弹,随时可能崩塌。
13年七月已经发生过一次高辐射的污水外泄,多吨在反应堆内的污染水流入太平洋。随后日本政府才终于建立了冻土墙,以及升级版的核素处理装置,以应对这样的事件。
而这次东电要把百万吨处理污水倒入太平洋,已经被政府默许。但这还不是危害的全部,或者说最大的危机还没有被公众认识到。对比一下苏联当时为了冷却堆心,首先是让一对一对的直升机在完全暴露了核反应堆上空,向堆芯倒下了五千多吨碳化硼和沙子,借此吸收中子,停止裂变反应,然后又让矿工顶着辐射在核电站底部挖洞,注入液态氮降温,之后在反应堆底部注满隔绝辐射的混凝土,把熔毁的堆芯控制住,不让它继续下沉,污染土地处理。辐射的危害,更是动员了至少六十万人来到事故周围。
而东京电力以及自卫队好像只是在灌水,其他都没有做。在福岛核电站最危急时刻留下来工作了五十名工人,后来被称为50死士,还在今年拍成了电影。但当时处理事故的也就这么点人,还是轮流工作。后来对外界说的是堆芯会被安全壳控制住,可是安全壳是防辐射泄漏用的。
美国通用公司也说自己制造了这个沸水反应堆,没有针对堆芯熔毁的设计,那么这个上百吨的堆芯,如果彻底熔融了,安全壳作为金属物质,只要温度达到熔点,当然也会被熔穿。里面的情况现在不得而知,有很大可能的情况是冷却水凝固了熔融的三个堆芯上层,形成阻隔,下层核燃料继续融化土壤下沉,然后因为壁挂效应逐渐缩小,形成三个放射性物质溶洞。因为无法回收,所以上万年不断的释放放射性物质给土壤。
如果堆芯真的一直在下沉,直到逐渐损失殆尽,地下水和土壤将承受全部污染。如果遇到石油或者天然气田更是不堪设想。可以看看刘慈欣的小说《地火》加强版,外加核辐射。
其实也确实因为这个安全壳的存在,整个福岛核事故放射性物质的泄漏量大约是切尔诺贝利事件的十分之一。
但“这个安全壳能控制住熔融的核反应堆堆芯”,这样的说法是否只是东电愿意相信的,然后使劲注水,说明自己在做事情。
关于堆芯熔毁这一事实,东京电力是在事故发生后两个多月才正式承认,之前一直在隐瞒。如果日本政府甚至驻日美军一开始知道堆芯融毁,是否会采取更加果断的举措,我也不知道。
完全可以看出这次事件处理的确实有问题,但感觉一直是一家公司在漏洞百出地解决这一重大事故,日本人似乎认为这是东电的责任,所以要他自己解决。而东京电力只是一家公司而已,他还是会利益最大化来行事,所以所有事情都做了畏首畏尾,行事拖沓,甚至会根据眼前的利益隐瞒消息。
政府高层是看到爆炸的视频才开始关切此事,关切过后也只是敦促这家公司解决事情,完全没有向苏联当时将整个国家动员起来去处理。
在我看来这里没有人性优劣,就是日本这样的制度无法解决这样的危机。单单看排污水这件事情,对于东京电力来说,他作为一家公司确实没有地方存污水了,可是对于整个日本来说呢?土地虽然是私有制,但是没有所属的或者政府管控的土地不可能没有了,政府为什么不能给出地方和资金去处理?
因为这事儿的第一负责人不是日本政府,而是东京电力。结果就是这个样子。
环境的恶劣导致了强烈的集体主义,然后集体主义催生耻感文化。事情的解决与否一直没有荣辱判定以及寻找责任重要。
最后我想说的是,鉴于事情可能造成全球的危害,日本政府似乎已经负不起责任了,那我们应该暂时不要再纠结责任的问题了,希望能像六方会谈一样,相关国家一起协商解决问题。日本也应该让其他国家和国际组织的研究人员实地探明事情的危害程度,实现信息的绝对透明,然后舍得投入资源解决问题。
理性、客观、科学,在这种关乎全人类生存环境的事情上是最重要的原则。当前我国大部分现役的以及在建的核反应堆,大多运用的反应堆循环与发电轮机循环分离的压水堆,相对于沸水堆更加复杂,成本高,但是更加安全。应急冷却装置据说也不需要电力就能启动。
但是发生可怕事故的反应堆之前也被认为是绝对安全的。所以一旦出现事故,我们该如何应对,如何建立相关的安全机制,甚至国家动员机制。现在正例反例都有。当前我国平均每年新增八座核电站的速度,发展核电与之相关的。既以思考对于大众来说都是必不可少的。