日本福島核電站事故簡介與分析

1、日本福島核電站事故簡介與分析北京時(shí)間 2011 年3 月11 日13 時(shí)46 分，日本發(fā)生9.0 級地震并引發(fā)高達(dá)10 米的強(qiáng)烈海嘯，導(dǎo)致東京電力公司下屬的福島核電站一二三號運(yùn)行機(jī)組緊急停運(yùn)，反應(yīng)堆控制棒插入，機(jī)組進(jìn)入次臨界的停堆狀態(tài)。在后續(xù)的事故過程當(dāng)中，因地震的原因，導(dǎo)致其失去場外交流電源，緊接著因海嘯的原因?qū)е缕鋬?nèi)部應(yīng)急交流電源（柴油發(fā)電機(jī)組）失效，從而導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的功能全部喪失并引發(fā)事故。一、福島核電站情況日本福島核電站為目前世界最大核電站，由福島一站和福島二站組成，共10 臺機(jī)組。第一核電站有6 臺機(jī)組，均為沸水堆（BWR）。地震前，1、2、3 號機(jī)正常運(yùn)行，4、5、6 號機(jī)正

2、在大修或停堆檢修。第二核電站有4 臺機(jī)組，均為沸水堆（BWR），地震前均正常運(yùn)行。福島核電廠采用單層循環(huán)沸水堆技術(shù)（從上世紀(jì)50年代開始逐步發(fā)展起來的輕水堆堆型，先后開發(fā)了BWR-1至BWR-6和第三代先進(jìn)沸水堆（ABWR）下圖為沸水堆的系統(tǒng)組成示意圖。A安全殼福島MARK I（左圖）為雙層安全殼，內(nèi)層為鋼襯安全殼（梨形），設(shè)計(jì)壓力4bar左右，容積較?。〝?shù)千立方米），外層非預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼。鋼安全殼由干井和濕井構(gòu)成，干井中間是壓力容器。濕井為環(huán)形結(jié)構(gòu)，里面裝了4000噸的水，起過濾放射性物質(zhì)和抑制安全殼內(nèi)壓力作用。福島一站的MARKII（右圖）安全殼在MARK I基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化設(shè)計(jì)，內(nèi)層

3、鋼安全殼改為圓錐形，干井直接位于濕井上方，濕井改為圓柱形結(jié)構(gòu)，兩者之間通過導(dǎo)管相連。B應(yīng)急冷卻系統(tǒng)下圖分別為BWR3和BWR4的應(yīng)急冷卻系統(tǒng)示意圖。C事故管理福島第一核電廠的沸水堆在設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮反應(yīng)堆堆芯的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施，在三里島和切爾諾貝利事故后，開始關(guān)注超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故。日本政府認(rèn)為日本的反應(yīng)堆安全設(shè)計(jì)可以保證安全，不必要在在法規(guī)上進(jìn)一步的對嚴(yán)重事故再加以要求，主要靠業(yè)主自主開展提升安全和降低風(fēng)險(xiǎn)方面的工作。原子力安全保安院”（NISA）讓業(yè)主采用PSA手段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研究，并研制事故規(guī)程（AM），針對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故。2002年各個(gè)業(yè)主在PSA分析的基礎(chǔ)上，為日本全部的核電

4、廠制定事故規(guī)程（AM）（非嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則）。日本BWR核電廠事故應(yīng)對措施：（1）反應(yīng)堆及安全殼補(bǔ)水措施增加管線，以便消防水、海水等外部水源可以對壓力容器、安全殼等進(jìn)行注入（2）安全殼排熱措施能承受高壓的管線作為通風(fēng)管道，用于安全殼通風(fēng)，防止安全殼超壓及用于安全殼排熱。二、福島核電站事故反應(yīng)堆狀況總匯反應(yīng)堆狀況（5月18日12:00）123456輸出功率 (兆瓦)4607847847847841100反應(yīng)堆類型BWR-3BWR-4BWR-4BWR-4BWR-4BWR-5地震時(shí)狀態(tài)工作中自動停機(jī)工作中自動停機(jī)工作中自動停機(jī)定期檢修中定期檢修中定期檢修中堆芯燃料完整性（裝填燃料數(shù)）大部分受損（40

5、0件）受損35%（548件）受損30%（548件）無燃料（已轉(zhuǎn)送乏燃料池）正常（548件）正常（764件）反應(yīng)堆壓力容器完整性應(yīng)該受損未知未知安全安全安全容器完整性應(yīng)該受損應(yīng)該受損安全（推測）安全安全安全核心冷卻系統(tǒng) 1 (/RHR)需接入交流電源的冷卻系統(tǒng)（以注入大量淡水冷卻）無法工作無法工作無法工作不需要能夠工作能夠工作核心冷卻系統(tǒng) 2 (/MUWC)無需交流電源的冷卻系統(tǒng)（基于熱交換的冷卻）無法工作無法工作無法工作不需要運(yùn)行中(冷關(guān)機(jī))運(yùn)行中(冷關(guān)機(jī))反應(yīng)堆廠房嚴(yán)重受損（氫氣爆炸）部分敞開嚴(yán)重受損（氫氣爆炸）嚴(yán)重受損（氫氣爆炸）開洞預(yù)防氫氣累積開洞預(yù)防氫氣累積壓力容器水位低于燃料棒底端燃

6、料棒露出（部分乃至全部）燃料棒露出（部分乃至全部）安全安全安全壓力容器的壓力/溫度壓力：逐步增加中；溫度：增加后略為降低未知/穩(wěn)定未知/增加中安全安全安全圍阻體壓力增加后略有下降穩(wěn)定穩(wěn)定安全安全安全向燃料棒注水進(jìn)行中（改用純水）進(jìn)行中（改用純水）進(jìn)行中（改用純水）不需要不需要不需要向圍阻體注水注水直到填滿圍阻體（4/27開始）注水直到填滿圍阻體（預(yù)定）注水直到填滿圍阻體（預(yù)定）不需要不需要不需要釋放壓力暫時(shí)停止暫時(shí)停止暫時(shí)停止不需要不需要不需要乏燃料儲存池（儲存數(shù)）不明（292件）不明（587件）可能受損（514件）應(yīng)該受損注3（1331件）正常（946體）正常（876體）乏燃料儲存池冷卻系統(tǒng)

7、注水中（純水）注水中（改用純水）注水中（改用純水）注水中（改用純水），3/15發(fā)生氫氣爆炸機(jī)能已回復(fù)機(jī)能已回復(fù)中央控制室居留、操作性喪失交流電源，惡化（中央控制室照明及監(jiān)控已恢復(fù)）喪失交流電源，惡化（中央控制室照明及監(jiān)控已恢復(fù)）完好（推測）三、福島核電站事故分析對于福島核電站事故原因，有以下分析：里氏9級地震以及繼發(fā)的海嘯是世界災(zāi)難，超出了核電廠原設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)，是超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的疊加；東京電力公司證實(shí)襲擊福島第一、第二核電站的海嘯浪高超過14米。福島第一核電站海嘯設(shè)防高度為5.7米，福島第二核電站海嘯設(shè)防高度為5.2米。海嘯數(shù)據(jù)是基于設(shè)防8級地震的。但本次地震為9級。福島第一核電站反應(yīng)堆廠房、汽

8、機(jī)廠房僅高出海平面10-13米；福島第一核電站是六十年代設(shè)計(jì)建造的首批商業(yè)電站，其設(shè)計(jì)和安全標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)了當(dāng)時(shí)的認(rèn)識和水平。福島核電廠機(jī)組運(yùn)行已超過其設(shè)計(jì)壽期40年，其很多系統(tǒng)部件可能存在老化現(xiàn)象；電源問題：失去所有電源、余熱無法導(dǎo)出導(dǎo)致堆芯裸露。·設(shè)計(jì)缺陷：1）鋼安全殼空間較?。〝?shù)千立方米），在堆芯損壞嚴(yán)重事故情況下安全殼內(nèi)升壓進(jìn)程會較快，容易導(dǎo)致安全殼超壓失效。NUREG-1150報(bào)告， “嚴(yán)重事故風(fēng)險(xiǎn)：美國5座核電廠的評估”，針對美國Peach Bottom核電廠（BWR3，MARKI）指出：最可能發(fā)生堆芯損壞的原因就是，全廠斷電疊加堆芯注水失效。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室針對BWR3、4指出：在喪失最終熱阱的嚴(yán)重事故情況下，高溫蒸汽釋放到抑壓水池中會產(chǎn)生明顯的熱分層現(xiàn)象，抑壓水池很容易沸騰并導(dǎo)致安全殼內(nèi)壓