最新公告:

现在时间: ================================================================================ ================================================================================
进入投稿通道
按钮
详 情
Enter

科普园地

联系我们

学会秘书处

地址:山西省太原市学府街102号

邮编:030006

电话:0351-2202025/2202554

Email:csrp2017@163.com

网址:http://www.csrp.org.cn

 

期刊编辑部

电话:0351-2203446

 

微信二维码

科普园地

名词解释:福岛第一核电站事故

创建时间:2020-05-29 11:32

       福岛第一核电站事故  福岛第一核电站事故指的是位于日本福岛县的福岛第一核电站于2011年3月11日发生的核事故。

事件起因

2011年3月11日日本当地时间14时46分,日本东海岸发生了大地震,震级9.0级。地震发生时,福岛第一核电站6台机组(沸水堆)中,1号至3号机组正在满功率运行,4号至6号机组已停堆进行换料或维修,其中4号机组的所有燃料都贮存在乏燃料池中。

事件经过

     (1)地震和厂外电源丧失

地震发生后,1号至3号机组自动停堆。在停堆情况下,堆芯仍然持续产生热量。为了防止燃料过热而导致损坏,必须通过电力系统运行或控制的冷却系统,将这些余热带出反应堆。然而,地震对场内配电设备、场外变电设备以及场外交流供电线路造成了破坏,导致丧失所有场外供电,只有使用备用柴油发电机为六台机组的交流电供电。

1号至3号机组失去场外电后,自动与汽轮机隔离,导致反应堆压力和温度升高。随后,1号机组通过两个隔离凝汽器回路冷却反应堆,后由于冷却速率过快可能导致压力容器产生热应力,操作人员关闭了隔离阀,停止了冷却,然后使用其中一个回路使冷却速率控制在规定范围内。2号和3号机组首先通过自动开启安全阀降压,后通过手动反应堆堆芯隔离冷却系统冷却反应堆。

除反应堆外,乏燃料池也需要排除衰变热。其中4号机组的乏燃料池乏燃料最多,存有1300多个燃料组件。位于4号机组附近的公用乏燃料池内存有6000多个乏燃料组件。由于地震后场外电的丧失,所有乏燃料池失去了冷却和再充水功能,池水温度因衰变热持续上升。

5号机组地震时正在开展压力试验,由于地震后场外电的丧失,反应堆压力因衰变热上升,不同于2号和3号机组,其仍然远低于安全阀启动所设定的水平。6号机组反应堆接近大气压力和室温,燃料保持在堆芯中,且衰变热很低。

     (2)海啸和全厂断电

地震后约40分钟,福岛第一核电站受到海啸侵袭,海啸波浪的最高溯升高度达14-15米。海浪越过防波堤(设计防波高度5.5米),涌入场址。海水吞没了位于防波堤的所有结构和设备,以及更高处的反应堆厂房、汽轮机厂房和服务厂房。受到破坏的设备包括应急柴油发电机及其相关电源连接。这些事件导致1号至5号机组的所有交流电源丧失,发生全场断电。6号机组的一台气冷柴油发电机位置较高未受水淹影响,继续为6号机组安全系统供电,使其反应堆得以冷却。

此外,水淹也淹没了1号、2号和4号机组的直流电蓄电池、电源板和电源连接,造成这些机组在水淹的10-15分钟内逐渐丧失了直流电源,导致1号和2号机组反应堆的相关安全参数以及1号、2号和4号机组的乏燃料池水位和水温无法得到监测。

     (3)1号至3号机组堆芯冷却情况

3月11日18时18分,操作人员发现,1号机组在海啸来袭前通过关闭安全壳外部的直流隔离阀停止隔离凝汽器之后,安全壳内部的交流供电隔离阀一直处于关闭状态, 1号机组的堆芯冷却功能实际已经丧失,堆芯一直处于升温之中。对于2号机组,在没有任何冷却系统以及堆芯压力和温度指征的情况下,操作人员设想了最坏的情况,即反应堆隔离冷却系统没有运行,堆芯正在升温。21时01分,现场应急响应中心通知政府,2号机组堆芯预计大约21时40分裸露。21时23分,日本首相发布了场址周围半径3Km范围的居民撤离和半径3-10Km范围的居民隐蔽的指令。21时51分,派去确认1号机组隔离凝汽器运行状态的小组成员,在1号机组反应堆厂房受到了高水平辐照(10秒钟受照0.8mSv),表明1号机组堆芯损坏十分严重。

3月12日4时,在全厂断电约12.5小时后,用消防车向1号机组反应堆注入淡水,以恢复堆芯冷却。4时19分,1号机组安全壳压力出现了一次意外下降,在厂区大门附近的辐射水平升高。由于厂区不断恶化的辐射状况以及安全壳压力的持续升高, 3月12日5时44分,政府决定将撤离半径扩大到10km范围。9时02分,开始对安全壳实施通风作业。14时30分测得安全壳压力下降。

3月12日14时53分,由于消防水箱的淡水几乎耗尽,停止了向1号机组反应堆注入淡水。

3月12日15时36分,1号机组反应堆厂房的服务层发生爆炸,造成了反应堆厂房的大范围破坏,也严重损坏了计划从3号机组的反冲水阀井的海水注入和临时供电线组件。爆炸3小时后(安全壳通风4小时后),18时25分,政府将撤离半径扩大到20km范围。

3月12日19时04分,继续利用消防车和3号机组反冲洗阀井中的海水向1号机组堆芯注水,并加入硼酸。结束淡水注入与开始海水注入之间,1号机组堆芯近4小时未被冷却。

3月13日5时10分,宣布3号机组丧失反应堆冷却功能。随后利用消防车注水来冷却堆芯。12时20分,消防水箱的淡水消耗完毕。13时12分开始从3号机组的反冲洗阀井注入海水。

3月14日1时10分,1号机组暂停海水冷却。6时20分,3号机组暂停海水冷却。

3月14日11时01分,3号机组反应堆厂房上部发生了爆炸,除了注水安排受到破坏外,2号机组安全壳通风能力也遭到了破坏。

3月14日下午恢复3号机组海水注入,晚上恢复1号机组海水注入,冷却水注入中断约9小时(3号机组)和19小时(1号机组)。

3月14日13时左右,2号机组反应堆冷却能力丧失。通过安全阀卸压后,20时左右,通过消防车向堆芯注入海水。21时55分左右,安全壳辐射水平大幅上升,与8小时前测量值相比增加了5000倍。自22时30分后,安全壳压力持续上升。22时50分时超过了设计压力。

3月15日6时14分,现场听到了爆炸声,2号机组的安全壳压力下降,表明安全壳丧失了密封性。应急响应中心下令所有机组的所有人员撤离至应急响应中心所在的隔震建筑物。在同一时间,4号机组反应堆上部发生了爆炸。

3月15日9时,在大门附近测到的剂量率大约为12mSv/h,这是自发生事故以来的最高值。政府在11时发布了20-30km半径范围的居民暂时隐蔽在室内的指令。

在此期间,1号至3号机组的基本安全功能出现了丧失或严重恶化。

事件处理

3月14日5时30分,来自6号机组应急柴油机电源,使5号机组建立了堆芯冷却。

3月16日下午通过直升机远程目视检查,发现4号机组乏燃料池仍然有足够的水覆盖乏燃料,但3号机组的乏燃料池观察结果不确定。

3月17日9时30分至10时,通过直升机空头海水,开始向3号机组的乏燃料池供水。19时05分至20时07分,通过高压水枪卡车喷射淡水。3月20日开始开始向4号机组乏燃料池喷射海水或淡水。整个3月一直断断续续通过高压水枪卡车、消防卡车和混凝土输送泵车辆乏燃料池喷射海水或淡水,确保乏燃料不裸露出来。2011年4月至5月,乏燃料池的冷却和净化系统才被利用起来。

6号机组在通过连接电源线至运行中的气冷发电机,恢复了第二个水冷应急柴油发电机冷却系统的电源。水冷应急发电机于3月19日4时22分重新开始工作,向5号和6号机组提供交流电电源。

3月20日14时30分,在事故发生后将近九天,5号机组反应堆堆温度下降至100℃以下,从而使其达到冷停堆模式。19时27分,6号机组也达到冷停堆模式。

3月20日15时46分,全厂断电将近九天后,通过该临时交流电电源系统,1号和2号机组恢复厂外电源,结束了机组断电状态。

3月26日,全厂断电超过14天后,3号和4号机组恢复临时厂外电源,结束了机组断电状态。

7月19日,东电公司宣布1号和3号机组已经实现放射性释放的显著抑制和辐射剂量率的稳步下降的目标。12月16日宣布这些机组的相关参数已经达到了所规定的目标值。自此,福岛第一核电站事件的事故阶段宣告结束。

社会影响

惰性气体是福岛第一核电站早期排放的重要部分,其中85Kr排放量大约为6.4-32.6 PBq,133Xe排放量大约为400-11000 PBq。大气释放的131I总活度约为100-500 PBq,137Cs总活度约为6-20 PBq,分别约为切尔诺贝利事故相应释放量的10%和20%。

由于事故时的主导风向为东,因此释放的物质大部分弥散在北太平洋,大部分沉积在海洋表层。向海洋直接排放的高放射性水源来自位于福岛第一核电站的一个海沟,并在2011年4月初观察到释放高峰。向海洋直接释放和排放的131I估计为10-20 PBq,137Cs为1-6 PBq(有报告认为为3.5-15 PBq)。

大气中的放射性释放主要随主导风向向日本东部和北部方向扩散,然后遍布全球,并随离开福岛第一核电站的距离而显著降低。远至北美和欧洲的辐射高灵敏度探测器探测到这次事故引起的极低水平的放射性,但是对环境本地的放射性水平的影响可以忽略不计。从厂址进入并随洋流东向流动的放射性发核素大部分通过北太平洋环流被输送到很远的距离,并在海水中被高度稀释。

大部分大气释放向东弥散,但在3月12日、14日和15日的释放吹到了内陆,相关的放射性发物质,如131I、134Cs和137Cs沉积到地面。在福岛核电站西北部发现了137Cs最大沉积量,估计大约有2-3 PBq。福岛县沉积水平分布不均,平均大约为100000 Bq/m3

在受影响区域,食品、饮用水和其他一些非食用日常用品中发现了131I、134Cs和137Cs等放射性物质。公众受到的辐射照射剂量很低,与天然本底辐射水平受到的有效剂量相当。由于对食品和饮用水实行限制措施,I-131的摄入有限,儿童甲状腺剂量当量也很低。

2011年3月至2012年10月,约有2.3万名工作人员参与了应急作业,其中大部分人所受的剂量低于日本职业剂量限值。约有173人超过了有关应急工作人员最初标准100mSv,6名工作人员超过了日本临时修订的剂量标准250mSv。在其后几年,没有工作人员超过100mSv。参加厂内应急活动的消防员、自卫队队员和警察,无人受到超过100mSv的剂量照射,大多数受照有效剂量低于10mSv。在厂外工作的8000人中,有5人受到了大于10mSv,但低于20mSv的剂量照射。在厂外工作的警员有记录的受照的有效剂量最大值为5mSv。在工作人员和公众成员中没有观察到归因于此次事故因辐射诱发的任何早期健康效应。

       此次事故的主要原因是由发生概率低的极端自然事件造成的核电厂设备重大破坏,导致堆芯损坏和大量放射物质向环境释放。此次事故获得的经验反馈包括:利用国内国外可获得的数据可靠地预测各种危害,确定可靠和现实的防范自然极端事件的设计基准,并给电厂的设计提供充分的安全裕度;定期对可能的危害进行评价,包括对一个场址上多个机组的影响;在超设计基准事故下的电厂参数的监测的和堆芯冷却手段的可靠性、安全壳的密封、严重事故管理和培训等方面进行改进等。