日本“3•11”大地震十周年丨海啸后的重建、逝去的生命与废墟下的燃料棒

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春寒料峭的3月,日本东部沿海的南三陆町如其他日本沿海市镇一样,重复着日复一日的平常。在小镇的另一侧,一栋只剩下猩红色钢架建筑默默诉说着10年前的一场悲剧。

视频丨日本“3·11”大地震十周年 福岛核事故阴影仍未散去

“海啸正在来临,请立即撤离!”

2011年3月11日,14:46,南三陆町东侧大约120公里的太平洋海底发生里氏9级地震,随之引发最大高度达40.1米的海啸。当第一波海浪冲上南三陆町时,距离地震发生仅仅过了30分钟。

△日本“3·11”大地震十年后的南三陆町

“大地震之后,你能想象她有多害怕吗?她只有24岁,她一定很想逃跑,我真的希望她能够逃走。”边说话边流泪的是远藤美子,而她口中,那位24岁的女子,正是她的女儿——远藤未希。10年前,当巨大的海啸来临时,远藤未希作为当地紧急灾情广播员,在生命的最后一刻仍然在声嘶力竭地喊着:“海啸正在来临,请立即撤离!”

△南三陆町遭受海啸时的景象,远藤未希播报广播的大楼已经完全被海浪淹没。

据远藤未希的同事们说,在一波致命的海啸冲击应急广播大楼的时候,广播里“紧急撤离”的声音仍然在继续,直到海水吞没大楼。而这座猩红色的钢架,正是十年前海啸肆虐的见证。

△被海啸冲刷,仅剩下钢架的应急广播大楼。远藤未希生前正是在这里向外发送着警报播音,直至生命的最后一刻。

灾后的人口统计显示,总人口约1.7万的南三陆町,有820余人因这次海啸丧生、失踪。那些生还的人们,大都听到了远藤未希用生命放送的广播。“3•11”大地震的废墟,在南三陆町象征着“牺牲与生命”,但在北方130公里处的福岛,留给人们更多的却是“恐惧与伤痕”。

控制棒插入,反应炉全停!

2011年3月11日14:46,地震波传导至日本东京电力公司福岛核电站一号机组控制中心,“确认急停!”一号机组控制中心的负责人在努力维持平衡的时候喊了一句。

此时,地震产生的震动已经让一号机组自动运行了停堆程序,显示器画面显示,控制棒已经自动插入燃料棒。同时,由于地震震级过强,核电站外部供电全部中断,但应急柴油发电机很快启动,让核电站可以继续运行反应堆并对其进行应急处置。

△受地震加速度影响,反应堆自动插入控制棒,中断链式反应。(效果图 图片来源:NHK)

此刻,反应堆的链式反应已经停止,但是上一秒还在工作中的核反应炉温度仍有300摄氏度左右,并时刻都在产生核辐射。刚刚发生的巨大地震对核电系统造成了怎样的影响,任何人都不知道。对一号机组的工作人员来说,他们首先要做的,是核验仪表盘上的各项读数。

△福岛核电站一号机组核反应堆结构示意图(图片来源:NHK)

在众多读数中,湿阱水位,干、湿阱压力以及放射能读数是重中之重,因为这些数据基本反映了当前一号机组的核反应堆容器是否破损。幸运的是,此时的反应堆读数仍是一切正常,反应炉水位也在燃料堆上方4.4米处。随后,一号机组的工作人员开始检查最为重要的冷却设备此刻能否正常工作。

△福岛核电站一号机组需要电力驱动的制冷装置与管线结构示意图,红色部分为降温装置,蓝色为降温输水管线。(图片来源:NHK)

当时操作记录显示,一号机组的控制室在确认并读出读数后,立刻开始着手对刚刚停堆的反应炉进行降温。对一号机组的工作人员来说,只要降温有效,在反应炉水位下降至燃料堆干烧之前,争取到足够的时间向反应炉注水就能有效防止核燃料自融,避免更大的事故。

△控制隔离冷凝器阀门开关复原装置(图片来源:NHK)

根据控制系统的记录,影响一号机事故走向的重要部件——隔离冷凝器(IC),已经在地震发生6分钟后因反应堆容器压力升高自动开启阀门开始工作。但对隔离冷凝器(IC)进行检查的工作人员却并未发现,他通过不断开闭阀门来检验设备工作状态,最终将阀门关闭。

调查报告指出,当时操作员认为反应堆的降温速度过快,出于“反应炉快速降温或会受损”的理由,关闭了阀门。

柴油发电机跳闸了!

15:37,地震发生51分钟后,柴油发电机供电显示突然出现异常,操作员看到后大喊一声“柴油发电机跳闸了!”随即,一号机组的操作现场陷入一片黑暗。

“全部电源丧失!”另一名操作员接着喊道。

△海啸侵袭福岛核电站特效图(图片来源:电影《福岛50死士》)

此时,一号机组的操作员不知道的是,导致断电的,正是已经在南三陆町夺走远藤未希生命的海啸。由于地震震级过高,抵达岸边的海浪最高超过了15米,而此前修建的防波堤高度仅有6米,海浪轻松越过防波堤并侵入设在地下室的核电站应急供电设施。此时,依赖柴油发电机供电的一号机、二号机、三号机均失去了电力。

△海啸导致海水侵入核电站应急供电设施(效果图 图片来源:NHK)

失去了唯一的供电,此刻仍在运转的,只剩下了应急照明灯,以及因为失去降温手段而迅速升温的反应堆。据事后模拟测算,反应炉中的水位已经开始快速下降。在断电条件下唯一能够迅速使用的制冷设备,只剩下了隔离冷凝器。

△隔离冷凝器结构图(图片来源:NHK)

隔离冷凝器是一号机组中十分特殊且重要的制冷设备,与一号机组配备的其他降温措施在设计上有着根本的不同。福岛核电站反应堆是沸水堆,一般用于核电降温的手段大抵是注水,但是液态水在高温情况下会蒸发,从而增大反应堆安全壳内的压力。当反应堆持续升温,注水时水压也要相应增大,同时进一步增加反应堆安全壳内的压力。而隔离冷凝器使用的降温制冷水与反应堆分离,理论上只要向隔离冷凝器持续注水,其制冷效果几乎是永续性的,不需要考虑反应堆内压力。此外,隔离冷凝器不需要额外动力驱动,只需要电控或手动打开阀门即可。

△隔离冷凝器阀门开关指示灯,由于断电,此时无论是关还是开的状态均不显示。(图片来源:NHK)

但是根据NHK的调查,一号机组的工作人员由于隔离冷凝器阀门开闭指示灯因断电失去显示,陷入对“隔离冷凝器(IC)阀门是否打开”的困惑。操作员和现场指挥都没有想起此前已经将其阀门关闭这一事实。

距离一号机组控制室350米外的中央指挥室,却一直以为一号机组的隔离冷凝器处于工作状态。

“隔离冷凝器(IC)仍在运转。”

距离地震发生约两小时后,16:41,柴油发电机的电力短暂恢复了一段时间。此时,反应炉水位指示读数也有所显示。

“一号机看到反应炉水位了!”一名负责水位监控的操作员喊道,“燃料上方2.5米处。”

△16:41,一号机组反应炉水位降至燃料上方2.5米处。(模拟示意图 图片来源:NHK)

比起地震发生前燃料上方4.4米的水位,仅两个小时水位就下降了约2米。所有人都知道,燃料堆已经产生了大量热量,亟需降温。但此刻一号机组操作室内仍然不确定隔离冷凝器是否运转,只能依靠快速下降的水位进行推断。

快速下降的反应堆水位也瞬间震惊了中央指挥室的指挥人员。当时的记录显示,“预测一号机组仅有1小时即将空烧”,这意味着1小时后一号机组极有可能面临反应堆堆芯融毁的局面。

△记载了事件发生时,一号机组炉心水位快速下降相关报告的文件。(图片来源:NHK)

此前,在国际上,仅有2例有记载的民用核电站反应堆堆芯融毁事故,其中包括三里岛核电站泄漏与切尔诺贝利核电站事故,前者5级,后者是顶级7级。

△切尔诺贝利核事故发生后的核电站残骸

吊诡的是,即便做出这样惊悚的预测,东京电力公司却在之后的处理中忽略了这个信息。因为除了一号机组,福岛核电站在地震发生时还有二号机、三号机仍在运行。与一号机一样,这些核电机组在失去一切电力的情况下紧急停运,都面临着堆芯过热熔融的危险。此外,尽管四号机处于停运状态,但在四号机组的乏燃料水池中仍有1535组乏燃料组件。受地震海啸引发的断电影响,乏燃料池的冷却功能处于完全丧失状态。“一号机组仅有1小时即将空烧”的预警最终淹没在了四个机组操控室传回中央指挥室的大量信息中。

不过,为了确认隔离冷凝器是否在工作,中央指挥室还是出了一名工作人员去观察隔离冷凝器排气口,以期确认其是否在正常运转。尽管事后证明,这一次验证也是徒劳。

“IC排气管有‘雾雾的’排气。”

16:44,外出观察排气的工作人员传来简讯:“IC排气管有‘雾雾的’排气。”

△福岛核电站隔离冷凝器排气口

这个消息让一号机组全员和中央指挥室方面都松了一口气,工作人员以IC排气管出现排气,表明隔离冷凝器的制冷水出现蒸发,确信此时隔离冷凝器正在对原子炉进行降温。

根据NHK的调查,产生“IC正在工作”这一错觉的原因,是当时现场的负责人错误判断了隔离冷凝器正常运行时的状态。相关实验结果显示,正常运转下的隔离冷凝器产生的水汽量“足以笼罩整个机组顶层”并“伴随有巨大噪音”。

△当隔离冷凝器正常工作时,将生成大量烟雾,与东电工作人员所说的“雾雾的”绝不可同日而语。

2011年9月,东京电力公司组织内部调查,调查结果称正是这一错误判断直接导致了随后的一号反应堆堆芯融毁。2013年NHK播放的一段东京电力公司内部调查录像记录下了当时东电公司操作员们的解释。一名东京电力公司的员工称:“‘雾雾的’这个说法,不是有一种在运动的感觉么?”随后,另一名员工附和道:“不同的人可能有不同的理解吧?”

最终,内部调查的结果将误判定性为“操作员和东电现场的工程师对原子炉基本运行的掌握和了解存在不足”。

△东电内部调查结果对错误判断隔离冷凝器工作状态归因于核电站工作人员“对原子炉基本运行的掌握和了解存在不足”

更为惊人的调查细节显示,福岛核电站一号机组的隔离冷凝器已经有超过40年没有使用过。无论是维持日常运营的普通操作员,甚至是核电站负责人都“从来没有见过IC工作时的状态”。

追因与问责,已经是后话。面对这些错误的信息,当时东电的操作员和工程师选择的是“相信”。

“看到炉心水位了,燃料上部0.2米!”

在“确定”隔离冷凝器还在工作后,一号机组的工作人员试图寻找其他电源恢复仪表读数供电,查看反应堆情况。

21:19,操作人员找来了多块12V的汽车蓄电池。因为启动仪表盘需要的电压在24V,所以理论上只需要两块蓄电池串联即可。当电路连通,此时,据上一次读数已经过去了4小时38分钟,上一次读数显示水位在燃料上方2.5米处,而这一次的读数显示水位维持在燃料上方0.2米。

△事故调查报告显示,21:19时,炉心水位计恢复显示,指示水位仍在燃料顶部0.2米处。(图片来源:NHK)

高于核燃料上方的水位,加之“仍在运作中的隔离冷凝器”,这两个重要参考指标让一号机组指挥室和中央指挥室作出了“一号机组情况稳定”的判断。于是,中央指挥室将工作的重点从一号机组转向了二号机组。然而,实际情况却是,隔离冷凝器阀门没有及时打开,水位计显示的数据也是错的。

根据事后对一号机组反应堆水位的模拟计算,反应堆内用以冷却核燃料的冷却水在20:54就已经烧干。而水位计之所以会在21:19产生“高于核燃料0.2米”的错误示数,是因为一号机组的设计漏洞。

△在冷却水耗尽时,水位计读数一侧残留水将被原子炉内因持续升温导致膨胀的高压气体持续挤压,进而致使读数升高。(图片来源:NHK)

根据NHK相关调查对此的解释,福岛核电站一号机组的炉心水位计采用类似“连通器原理”设计,在炉心持续有水的情况下,水位示数是相对准确的。一旦炉心冷却水全部烧干,炉心内全是高温气体,水位计一侧残留的水会在炉心不断变热膨胀的气体挤压下持续上涨,进而显示错误的水位数据。

△12日零点,压力指示计显示,反应堆压力已经升至0.6MPa。(模型复原图 图片来源:NHK)

水位计读数不准,一号机组的工作人员意识到这一问题时已经是海啸导致全部断电7个小时后的事情了。22:39,水位计读数显示,水位目前在燃料堆上方0.55米处,20分钟的时间里,在没有注水的情况下反应堆冷却水水位上升0.35米,无论如何都是不可能的事情。但当时一号机组的工作人员并没有意识到事情的严重性,直到12日的0:00,一号机组工作人员才连通反应堆压力仪表。

安全壳干阱压力0.6MPa!

“干阱压力确认,0.6MPa!”一语瞬间让一号机组全员震惊,因为一号机组设计最大运行压力也只有0.531MPa,压力数值已经超出了正常运行压力的10%。

△12日零点,一号机组与二号机组反应堆核心情况模拟图,一号机组核燃料已经开始熔融。(图片来源:NHK)

此时,炉内的核燃料已经升温至1200摄氏度,开始熔融......

之后,一号机组的情况不断恶化。

△受核燃料熔融高温影响,反应堆的锆金属外壳与水产生化学反应,生成大量氢气汇聚在厂房顶部。(示意图 图片来源:NHK)

12日1:09,一号机组工作人员加快进行泄压排气工作,防止压力升高导致爆炸。模型计算,此时炉心已经开始大面积熔融。高温熔融燃料堆促使反应堆外壳锆合金升温与水蒸气发生激烈化学反应,持续生成大量氢气,并累积在厂房顶部。

2:30,安全壳干阱压力升至0.89MPa,压力容器压力反而下降至0.9MPa,干阱与压力容器压力近似相等,有理由推测此时二者已经相互连通。

5:14,现场放射性水平上升,干阱压力下降,放射性物质已经泄漏。

5:46,东电公司尝试使用消防水泵注水,但安全壳内压力过高,难以注水。

△12日,中央指挥室中,福岛核电站负责人吉田昌郎曾谈到一号机组注水困难。(图片来源:NHK)

9:40至14:30,排压注水,约5小时,仅成功注入21吨水。

14:53,成功排压后,注水效率提高,成功注入80吨水。累计注水约100吨,但按照计算,需要注水量至少要达到300吨。

△卫星拍摄到福岛核电站二号机组在15日发生爆炸。

15:36,大量此前生成的氢气聚集在厂房顶部。最终,一声巨响,一号机组建筑上方升腾起了一片白色水汽凝成的烟幕。爆炸声让在场的人一瞬失去了听觉,在恍惚和耳鸣散去后,人们才注意到耳边的盖格计数器报警声。

一号机组,发生了氢气爆炸,伴随着大量看不见却又致命的核辐射外泄。

在之后的三天中,这样的爆炸又重复了3次......

一朝伤痛?十年难偿......

自2011年3月11日福岛核电站事故发生至今,已经过去了十年。在发生核泄漏后,日本政府紧急疏散民众并在核电厂周围设立防辐射区,因此疏散的民众接近16.5万人。

△福岛装有遭核辐射污染土壤的黑色垃圾袋。

十年间,日本政府投入270亿美元用于清除核辐射造成的污染;十年间,日本政府雇佣75000名工人清理被核辐射尘埃污染的道路、墙壁、屋顶、排水沟与水管,甚至包括植被和表土;十年间,因此清除的土壤、草木废弃物足足有1048万立方米;十年间,因此被装入黑色垃圾袋的辐射垃圾超过千万袋......就连当地的小学生都能清楚地分辨衡量辐射值的衡量单位"微西弗"和"贝克勒尔" 。

△2019年4月15日,日本开始取出福岛核电站核燃料棒。

十年让福岛改变了很多,但十年间,没有变动的,是在一号机组和二号机组废墟下仍然在持续辐射的上千根乏燃料棒。从2011年3月11日开始,一号机组的392根与二号机组的615根,一根不少地被埋藏在福岛的废墟之下。

福岛核电站事故的评级最终定在了7级,成为继切尔诺贝利核电站事故后唯一一个评级达到7级的商业核电站事故。

△2011年4月15日,菊地洋一曾将2011年的福岛核事故称为“仙女棒”,强调核电对日本的影响远未消失。

曾参与设计建设福岛第一核电站的工程师菊地洋一,在1989年亲历了一次核事故后,决意毕生反对日本再兴建任何核设施。在福岛第一核电站发生事故后,他曾说:

“我奉献青春而建立起来的日本新能源,现在我则拼命想把它停下来。因为我知道,事情发生以后都太晚了。我的女儿告诉我,她是被我盖核电厂的钱养大的,所以她要花一辈子的时间偿还。”

△2021年3月9日,据NHK报道,东京电力公司福岛第一核电站核泄漏事故所产生废弃物中的75%,已于2月底前从福岛县各地运送至中期储存设施内保管,但关于最终处理地点及方法的讨论却迟迟没有进展,问题依然存在。

2021年3月10日,日本原子力规制委员会公布最新调查报告显示,在位于二号机组和三号机组厂房上方或附着7万万亿贝克勒尔放射性物质,相当于在十年前核泄漏事故中曾发生堆芯熔毁的一、二、三号机组三座反应堆内放射性物质的10%。

十年过去了,地震和海啸的余波已逐渐平息,但笼罩在福岛的阴云却久久未能散尽......

编辑 关越 审读 刘春生 审核 王雯 李怡天

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