福島核事故讓我們重新關(guān)注起核安全問題，回顧歷史，我們要問曾經(jīng)發(fā)生過多少核事故？目前國際上發(fā)生的核事故主要有13起，其中4級事故6起，5級事故5起，6級事故1起，7級事故1起。每一起事故都是沉甸甸的教訓(xùn)，也為核能安全利用提供了寶貴經(jīng)驗。國際原子能機構(gòu)于1990年制定了國際核能事件分級表，最低為0級，最高為7級，每級之間造成的影響成對數(shù)增長，大約相差10倍。4級以上的核事件被稱為核事故，目前國際上發(fā)生的核事故主要有13起，其中4級事故6起，5級事故5起，6級事故1起，7級事故1起。每一起事故都是沉甸甸的教訓(xùn)，也為核能安全利用提供了寶貴經(jīng)驗[1]。
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4級事故——場外無顯著風(fēng)險
對環(huán)境和人的影響：釋放的少量放射性物質(zhì)并不需要采取對當?shù)厥澄锏南薅ù胧?，至?人死于輻射。
對反應(yīng)堆的影響：燃料棒熔化或損壞，釋放了0.1%的堆芯物質(zhì)，一個裝置中泄露了相當數(shù)量的放射性物質(zhì)，顯著提高了民眾受輻射的幾率。
案例：
●1955年-1979年 英國溫茨凱爾共發(fā)生5起4級放射性物質(zhì)泄露事故[2]。其中，有2起是從核電站的一個建筑向另一個建筑轉(zhuǎn)移的過程中泄露的；有2起是從核電站的建筑堆（stack）泄露的；有1起是由核電站一個建筑的容器中，由于放熱反應(yīng)而泄露的。這些事故雖不是同一時段發(fā)生，但一般都概括為該核電站的1綜4級事故。
●1961年1月，美軍的一個實驗型反應(yīng)堆發(fā)生蒸汽爆炸并熔毀，造成3名操作員死亡。這是美國境內(nèi)發(fā)生的唯一一起致死（fatal）核事故。事故泄露的放射性碘元素主要散布在愛達荷州的沙漠中，因此危害不大。[3]事故的原因是用于吸收中子的控制棒存在設(shè)計缺陷，在啟動核電站時，突然拔出控制棒導(dǎo)致功率驟增。后來的設(shè)計吸取的事故的經(jīng)驗，被稱為“卡棒準則”（"one stuck rod" criterion）。
●1969年10月，法國圣洛朗核電站的一個氣冷堆中，有50kg的鈾燃料熔化。1980年3月，該電站的反應(yīng)堆由于石墨退火（annealing）導(dǎo)致反應(yīng)堆部分熔化，但沒有造成放射性物質(zhì)泄露[4]。這是以核電為主要發(fā)電方式的法國到目前為止最嚴重的一起事故。
●1983年9月，阿根廷布宜諾斯艾麗絲的RA-2反應(yīng)堆重新布置燃料棒時發(fā)生臨界事故，造成1死2傷[5]。
●1977年2月，前捷克斯洛伐克的Bohunice核電站中，由于設(shè)計缺陷，以及工人沒有移除新燃料棒上的防潮包裝，導(dǎo)致冷卻異常，反應(yīng)堆過熱，冷卻回路損壞。拆除設(shè)備和去污工作要到2033年才能結(jié)束[6]。
●1999年9月，日本茨城縣那珂郡東海村JCO核燃料制備廠發(fā)生一起臨界事故 。有667人被受到不同程度的輻射（主要在3mSv到23mSv之間），3名受到嚴重輻射（3到17Sv之間）的工作人員有2人死亡。事故的原因是工人往一個并非用于容納硝酸鈾酰溶液的容器中加入了過多的鈾，超過臨界質(zhì)量后，引發(fā)了臨界反應(yīng)。溶液中的水作為中子減速劑，助長了反應(yīng)的發(fā)生。1天后工人排干了水，并加入了硼酸，停止了臨界反應(yīng)。事故的原因被定性為“人為失誤和嚴重違反安全章程”[7]。
5級事故——具有場外風(fēng)險
對環(huán)境和人的影響：釋放一定量的放射性物質(zhì)，需要采取對當?shù)厥澄锏南薅ù胧?，幾個人死于輻射。
對反應(yīng)堆的影響：堆芯嚴重損壞，一個裝置泄露了大量的放射性物質(zhì)，顯著提高了民眾受輻射的幾率；可以由臨界事故或火災(zāi)引發(fā)。
●1957年10月，英國溫茨凱爾1號反應(yīng)堆發(fā)生火災(zāi)，釋放了大量放射性元素，隨后周邊500平方公里地區(qū)1個月內(nèi)出產(chǎn)的牛奶被銷毀。此次事件中，參與清理工作的人員受到的輻射劑量最大，但2000年的一項研究指出沒有發(fā)現(xiàn)其長期健康受到了損害[8]。事故造成的原因是人員誤操作導(dǎo)致150根工藝管熔化，反應(yīng)堆石墨起火，持續(xù)了3天[9]。
●1979年3月，美國三哩島核電站2號機組發(fā)生嚴重的失水事故，堆芯部分熔化，放射性物質(zhì)釋放到了安全殼中。由于安全殼良好的發(fā)揮了功能，事故并沒有造成太嚴重的輻射，周圍80km的200萬居民中，平均每人增加的劑量還不如帶一年夜光表或看一年彩電的。但美國國家核管會由于缺乏經(jīng)驗，錯誤地發(fā)出撤離警告，導(dǎo)致8萬人驚慌撤離的混亂中，有3人被擠死。
●事故的原因是機械設(shè)備故障和人員連續(xù)誤操作，同時也跟控制室指示器的界面設(shè)計缺陷有關(guān)。這次事故導(dǎo)致對主控制室、運行規(guī)章和人員培訓(xùn)進行了重大改進，對嚴重事故分析及應(yīng)急對策高度重視，從而提高了核電站運行的安全性[10][11]。
●1952年12月，加拿大恰克河的一個反應(yīng)堆由于機械故障和人員失誤，導(dǎo)致功率驟增，發(fā)生氫氣爆炸，堆芯損毀。監(jiān)測結(jié)果表明事故沒有造成放射性污染，也沒有造成間接財產(chǎn)和人員傷害[12]。
●1987年9月，巴西戈亞尼亞某放療機構(gòu)將裝有銫-137的放療機廢棄，但未將放射源取出，后被人偷走賣給了廢品收購站。廢金屬商將容器打開，使粉末狀的放射性物質(zhì)散落，由于其顏色鮮艷好看，使許多人將其裝入衣袋、放在床或涂在身上。這次事故造成7個主要污染區(qū)和85間房屋受到污染，查出121人體內(nèi)受到銫-137污染，4人死亡[9]。
●2011年3月，由于9級地震引發(fā)的海嘯，沖毀了日本福島核電站的備用冷卻柴油發(fā)電機，導(dǎo)致反應(yīng)堆過熱，發(fā)生了反射性物質(zhì)泄漏和多次爆炸，目前此次事故被暫定為5級。
6級事故——重大事故
對環(huán)境和人的影響：泄露了相當數(shù)量的放射性物質(zhì)，需要立即采取措施來挽救各種損失。
●1957年9月，位于前蘇聯(lián)烏拉爾南部的克什特姆鎮(zhèn)附近的放射性廢物儲物罐的冷卻系統(tǒng)失靈，液體廢物逐漸變干，剩下的硝酸銨和醋酸鹽發(fā)生了劇烈爆炸，1米厚的混凝土頂蓋被炸開，大量放射性物質(zhì)外泄，波及面積達2萬多平方千米。這次事故僅次于切爾諾貝利核事故。1周后約1萬名群眾被疏散，他們并不清楚疏散原因。直到1990年前蘇聯(lián)政府才將此次事故的文件解密[9][13]。
7級——特大事故
對環(huán)境和人的影響：泄露大量的放射性物質(zhì)，造成廣泛的健康和環(huán)境影響，需要采取計劃的和進一步措施。
●1986年4月，前蘇聯(lián)烏克蘭境內(nèi)的切爾諾貝利核電站4號機發(fā)生爆炸。這是人類歷史上最嚴重的一次核事故。周邊地區(qū)共有約3萬多平方公里的土地遭受了嚴重污染。確診為不同程度急性放射病者134人，有28人在數(shù)周內(nèi)死亡，另有2人死于化學(xué)爆炸和燒傷，有14人在10年內(nèi)死亡。聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會（UNSCEAR）在研究和分析大量已有資料的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論是：“除受照兒童可觀察到甲狀腺癌增加外，在切爾諾貝利13年后沒有發(fā)現(xiàn)與電離輻射相關(guān)的主要公眾健康影響。沒有觀察到與電離輻射可能有關(guān)的總的癌發(fā)生率或死亡率的增加；甚至在事故清理工作人員或兒童中，作為輻射照射最靈敏的指標之一的白血病也沒有增高。在與電離輻射相關(guān)的其他的非腫瘤疾?。ㄜ|體的或神經(jīng)性的）方面，沒有增加的科學(xué)證據(jù)[10]。”
【案例分析】切爾諾貝利究竟是怎么出事的
關(guān)于此次事故已有大量的文獻討論，比較詳細的有[14]和紀錄片[15]等。總的來說，事故的發(fā)生分為設(shè)計缺陷，偶然因素和違規(guī)操作幾個方面：
工作人員并不清楚反應(yīng)堆的設(shè)計缺陷
核電站的廠長、總工程師和負責(zé)3、4號機的副總工程師沒有管理大功率核電站的經(jīng)驗
4號機正開始停機，進行堆芯冷卻實驗時，另外有電廠故障，迫使反應(yīng)堆不得不半功率運行供電，積累了大量氙－135，導(dǎo)致反應(yīng)堆中毒
允許實驗開始時，準備充分的白班人員已到下班時間，換上了缺乏經(jīng)驗和準備的夜班人員
夜班人員要求停止實驗，被副總工程師拒絕
反應(yīng)堆中毒，導(dǎo)致功率過低，為了迅速提高功率，操作員違規(guī)抽出了大量控制棒
功率不穩(wěn)定，自動警報系統(tǒng)多次給出各種警報，控制人員并未理睬
反應(yīng)堆的設(shè)計沒有考慮到水受熱變成蒸汽后，會減少中子的吸收，導(dǎo)致功率增加，形成正反饋
功率驟增后，緊急停堆按鈕被按下，本該逐漸插入所有控制棒，中斷鏈式反應(yīng)。可是控制棒插入1/3長度就卡住了，控制棒有設(shè)計缺陷，尾部是石墨而不是中子吸收劑；石墨排開了反應(yīng)堆中可以吸收中子的水，反而導(dǎo)致功率驟增到額定功率的10倍，發(fā)生了蒸汽爆炸和二次爆炸（二次爆炸有多種說法，其中核功率驟增（nuclear excursion）較有說服力）
工作人員不相信反應(yīng)堆已被炸毀，向上級報告說沒事，導(dǎo)致了救援行動和疏散行動的遲緩
切爾諾貝利核電站沒有設(shè)計安全殼，大火引起的高溫導(dǎo)致放射性物質(zhì)直接進入1200米的高空，向四周擴散
前來救火的消防人員并未告知有放射性污染，只是當成一般火災(zāi)處理[14][15][16]
最終，前蘇聯(lián)方面向反應(yīng)堆堆芯投入5000多噸的沙子、黏土、硼砂、白云石、石灰石和鉛，形成防護層。此后的1年時間中，在數(shù)十萬預(yù)備役人員和工人的努力下，反應(yīng)堆6個面周圍被安裝了6000多噸金屬結(jié)構(gòu)，用1m厚的混凝土封起來，也就是“石棺”，其底部也安裝了冷卻系統(tǒng)。
關(guān)于此次事故的主要原因，不同報告有不同的傾向性。1992年國際核安全咨詢組在大量分析事故資料后，肯定了“反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)和設(shè)計缺陷是主要原因，操作人員錯誤只是誘發(fā)事故發(fā)生”的結(jié)論。國際原子能機構(gòu)在1996年召開的“切爾諾貝利事故”國際會議上再次肯定了這個結(jié)論。
【吸取教訓(xùn)】核事故幫助健全核電站安全
三哩島和切爾諾貝利等核事故，促使各國政府重新仔細檢查了核電站的基本安全特性，制定了核電站“用戶要求文件”，提出了新的設(shè)計目標，要求其在安全水平和經(jīng)濟性上都要有提高。這些文件的主要內(nèi)容是：設(shè)計原則為簡單，堅固，不需要原型堆，反應(yīng)堆堆芯熔化概率由10^(-3)~10^(-4)，反應(yīng)堆壽命增加，堆芯換料周期延長，非計劃停機頻率降低等等[10]。
核事故的發(fā)生，更是推動了更安全、更經(jīng)濟的先進反應(yīng)堆的研發(fā)。研發(fā)大體思路上分為改進型、革新型和革命型。它們分別使用了國際上已成熟的先進技術(shù)；利用依靠自然規(guī)律的非能動安全性，簡化系統(tǒng)，減少設(shè)備；以及引入固有安全性概念，從根本上排除了產(chǎn)生事故的可能性。此外，各國還加強了核安全監(jiān)督和審查機制，并提出了核安全文化的重要性。1991年8月，我國正式成立國家核事故應(yīng)急委員會，逐步建立起國家、地方、核電廠三級應(yīng)急管理機構(gòu)[10]。
進入21世紀，以美國為首的核能發(fā)達國家，提出了“第4代核能系統(tǒng)”計劃，目標是到2030年實現(xiàn)實用化。第4代核能系統(tǒng)的主要特點是，廉價，投資小，建設(shè)期短，堆芯融化概率低，無論發(fā)生什么事故都不需場外應(yīng)急，能夠通過對核電站的整體實驗向公眾證明安全性等等。同時，還有國家提出“反應(yīng)堆園區(qū)”和“核艦隊”的概念，把新技術(shù)的研發(fā)重點放在“雜食性”上，也就是盡量提高燃料和乏燃料的利用率，把最終的高放射性廢物總量最小化，長遠目標是接近或低于天然本底水平[10]。
參考資料：
[1] Wikipedia: International Nuclear Event Scale
[2] G A M Webb et al. (March 2006). "Classification of events with an off-site radiological impact at the Sellafield site between 1950 and 2000, using the International Nuclear Event Scale". Journal of Radiological Protection 26 (1): 33.
[3] Wikipedia: SL-1
[4] "INES - The International Nuclear and Radiological Event Scale"(pdf). International Atomic Energy Agency. 2008-08-01. pp. 2. Retrieved 2011-03-13.
[5] Accidents 1980's
[6] Wikipedia: KS-150
[7] Wikipedia: Tokaimura nuclear accident
[8] Wikipedia: Windscale fire
[9] 《核輻射及其相關(guān)突發(fā)事故醫(yī)學(xué)應(yīng)對》， 龔守良， 劉曉冬， 原子能出版社， 2006
[10] 《核能開發(fā)與應(yīng)用》, 馬栩泉， 化學(xué)工業(yè)出版社， 2005
[11] Wikipedia: Three Mile Island Accident
[12] Wikipedia: List of civilian nuclear accidents
[13] Wikipedia: Kyshtym Disaster
[14] 切爾諾貝利的悲劇是如何發(fā)生的
[15] Discovery記錄片：《拯救切爾諾貝利》
[16] Wikipedia: Chernobyl Disaster
原文地址：http://www.guokr.com/article/17027/
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