日本核电事故分析报告Word下载.docx
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于3月12日发生小规模爆炸,或因氢气爆炸所致。
1.2.3最近核事故详细情况
2011年3月12日
日本共同社报道,2011年3月12日,东京时间下午3时36分左右,东京电力福岛核电站第一号发电机车间爆炸并伴随着白色烟雾,核反应堆车间和配套车间被爆炸吹开,散落物体洒落周边。
福岛警察厅消息,已经观测到核电站周边辐射强度为1000mSv(核辐射剂量单位)。
福岛警察厅要求核电站周边半径10公里的人员立即撤退至安全地带。
8万人紧急撤离。
2011年3月12日晚间,日本NHK电视台报道,福岛第一核电站又发生一次新的爆炸。
爆炸的具体部位和原因尚不清楚。
几乎就在发生第二次爆炸的同时,日本政府在记者会上表示,福岛第一核电站当地时间3月12日下午3时30分左右发生的第一次爆炸是氢气爆炸,并非核爆炸。
日本内阁官房长官枝野幸男称,氢与氧气的混合造成福岛核电站爆炸;
爆炸没有损害反应堆容器壳;
氢与氧气的混合造成福岛核电站爆炸;
爆炸没有损害反应堆容器壳。
枝野幸男还表示,在福岛第一核电站一号机组附近,检测到泄漏放射物质铯,反应堆的炉芯很可能正在融化,电力公司向压力容器注入海水冷却。
2011年3月14日
2011年3月14日,日本东京电力公司福岛第一核电站3号机组当地时间上午11点过后发生氢气爆炸。
NHK电视台画面显示,现场冒出白烟。
日本东京电力公司15日凌晨发表消息说,该公司技术人员14日夜21时许在福岛第一核电站正门附近首次检测到了中子辐射。
辐射量目前还不清楚,可能是14日上午3号反应堆氢气爆炸时从燃料中泄漏的。
2011年3月15日晨,日本福岛第一核电站2号机组发生爆炸,压力控制池受损。
据日本NHK电视台报道,当天风向朝北,风从太平洋吹向日本内陆,估计对日本影响较为严重。
2011年3月15日
当地时间2011年3月15日中午12时(北京时间15日上午11时)左右,日本福岛第一核电站4号机组发生爆炸,是类似的氢气爆炸。
2011年3月17日
福岛核电站5号6号机组冷却失灵,温度均超60度,东京电力公司今天表示,抢救厂内3号反应堆是最高优先,其次是4号反应堆。
2011年3月18日
新华网北京3月19日电[3],国际原子能机构总干事天野之弥的特别助理安德鲁18日在维也纳说,日本福岛第一核电站形势依然十分严重,但已相对稳定。
此外,包括东京在内的当地大城市的辐射量也都“不足以对人体健康造成危害”。
具体核事故情况如下图2所示:
图2反应堆爆炸情况示意图
目前日本现在继续向四个反应堆内注水降温,同时不断排出带有放射性污染物的蒸汽,并希望当地始终保持西风,不要刮东风和南风,否则日本首都东京和朝鲜半岛都将遭受污染。
福岛第一核电站1号至4号机组的情况都很差,其中1号、2号、3号机组的核泄漏等级已从4级提高到5级,但情况都已相对稳定。
美国分析人士指出,日本福岛核电站目前的状态与1979年美国宾夕法尼亚州三里岛核电站发生的核泄漏事故情况类似。
国际核事故按严重程度分为零至7级。
在当时美国三里岛核事故被定为5级,当时由于制冷系统出现故障,导致大量放射性物质泄漏,至少15万居民被迫撤离。
注:
以上消息参考自新华社下属新华网、中国气象局、国家环保部等网站。
二事故对周边国家和地区的影响分析
2.1核污染物扩散的条件[4]
核污染物扩散主要有两个条件,一个是空气,核污染物进入空气当中,随着空气的流动扩散。
另外一个条件,因为日本福岛处在海边,可能有一些污染物会进入到海里,随着海流和海浪向外扩散。
但是主要还是通过空气的流动扩散。
气象条件对污染物的扩散影响主要是两点,一个是风,风速对它的扩散影响是非常重要的一个条件。
如果核辐射污染物泄漏到空气当中,这个地方的风比较弱,大气比较稳定,这样它的污染物基本上就不容易扩散,容易积聚在本地,它的扩散能力就比较差一些。
但是如果风速比较大,风速的流动比较快,这样污染物排出来之后会随着风向下游扩散。
而且扩散的速度跟风速是直接成正比的,风速越大,向外输送的距离越远。
刚才提到是水平方向随着风速扩散。
空气是三维的,并不是完全按照水平方向走,在大气中就有一些湍流运动,还有上下空气的流动,这样空气在向外扩散的时候,可能还会有一些上升或者下降,也就是说会有一些污染物的粒子发生一些沉降,降落到地面。
还有一些污染物会随着空气的上升运动,从原地排放出来之后,基本上离地面比较近,随着它向外扩散的距离越远,它有可能会上升到比较高的高度,在比较高的高度随着风向外进一步的扩散。
这是空气流动的扩散。
另外一个影响比较重要的条件是降水。
下雨之后,污染物会跟雨水混合在一起,并且随着雨水降落到地面,也不利于污染物进一步向外扩散。
基本上如果出现降雨,污染到降落的区域。
如果雨和风结合在一起,降雨的云系或者降雨的云团随着风向下游移动的时候,也可能把污染物带到下游一些地方。
一个是风,一个是雨,对污染物的扩散都有比较大的影响。
2.2日本周边气流和洋流分布情况[5]
从扩散途径来说,核辐射污染物质主要通过水体、大气粉尘和生物链几种方式传播。
如果发生严重泄漏,福岛的核辐射物质会通过日本暖流北太平洋暖流、加利福尼亚寒流、北赤道暖流、日本暖流形成一个闭合的洋流环进行扩散,在洋流环中会先后与千岛寒流、阿拉斯加暖流、赤道逆流接触,而日本暖流和北太平洋暖流会在北回归线附近形成分支。
福岛核污染物如果进一步扩散,整个北回归线附近将会是污染物比较重的区域,而洋流所经之处势必会受到核辐射物的影响,因此核辐射污染物质除了影响日本,伴随洋流走势,还可能会影响到美洲地区。
对于中国和东南亚地区影响比较大的,应该是日本暖流和千岛寒流交汇处对核辐射污染物的交换,千岛寒流的直流到达中国东南沿海,经过台湾海峡到南海,再到新加坡,穿过印度尼西亚与赤道逆流交汇。
不过据气象专家分析,核辐射物质经历降雨、降雪,绝大部分会降落在源头地,真正进入洋流扩散的核辐射物量会非常小,同时洋流运行非常缓慢,在极端情况之下,核辐射物质才会通过洋流途径扩散到其他地区。
风会带动核辐射污染物质在大气中扩散,中国北方处于温带季风性气侯,冬季盛行西北风,风从大陆吹响海洋,呈西北、东南走向,在中国西北地区大部,内蒙古高原大部,东北地区大部,华北北部、黄海北部,每年冬季风存在的时间大约是11下旬到次年的4月,尤其西北和东北,冬季风甚至延续到4月底,目前中国仍然处在西伯利亚高压控制之下,风从大陆吹向海洋,所以核放射性物质不会随季风大规模吹向中国。
2.3近期日本的天气情况及未来可能的核扩散区域[6]
表1东京17日-21日天气预报
日期
天气状况
风向风速
气温(oC)
17日08时-18日08时
多云
偏北风4级
8~1
18日08时-18日08时
偏北转西南2~3级
10~1
19日08时-18日08时
西南转西北3~4级
12~2
19日08时-20日08时
晴
西南风3~4级
19~9
20日08时-21日08时
小雨
偏北风转偏南风2~3级
15~9
21日08时-22日08时
大雨
偏北风2~3级
15~6
表2仙台17日-21日天气预报
阵雪转多云
西北转西南风4~5级
2~-4
西南风3~4级
5~-2
西南转西北2~3级
7~0
偏西风3~4级
西北风转偏南风2~3级
8~3
偏北风2~3级
10~0
表3福岛19日-21日天气预报
晴转多云
偏西风2~3级
14~3
12~4
小到中雨
11~1
世界气象组织和国际原子能机构北京区域环境紧急响应中心最新预报结果显示,3月17日08时至18日08时,核污染物主要向日本福岛核电站东部偏南方向沉降,造成的核污染不会影响中国。
受冷空气东移入海的影响,核污染扩散物质随气流向东偏南方向移动,扩散至日本东部的太平洋区域,未来三天对中国无影响。
另外,16日日本仙台、福岛出现中雪转阵雪,西北转西南风2~4级,白天两地的最高气温分别为4℃和6℃,17日凌晨最低气温为零下3℃和零下2℃。
东京为多云天气,西北风3~5级,白天最高气温为9℃,17日凌晨最低气温为2℃。
预计今天(17日),日本震区以阵性降雪天气为主,大部分时段内近地面为西北风,风力4~5级;
18~19日,天气多云,风力逐渐减弱,气温回升。
东京17~19日以多云天气为主,偏北风3~4级,气温回升。
综合上述天气,未来核扩散的区域如下图3所示[7]:
图3日本核辐射将会影响的地区
2.4小结
从上述资料来看,近期内核辐射物质不会扩散到国内,远期即使部分到达中国,也因大气和海洋的稀释,影响很小,近几日国内主要城市的辐射剂量检测水平如下图4所示:
图4环境保护部(国家核安全局)发布的近几日全国主要城市环境辐射水平
三反应堆及放射性物质分析
此次福岛核电站核事故主要是辅助系统故障特别是辅助电力全失致使堆芯热量无法排出,后续援救不得力,最终出现堆芯融化并产生大量氢气,反应堆车间爆炸,放射性物质泄漏并扩散的严重事故,先从技术手段进行分析。
3.1沸水堆和压水堆预备知识[1,8-10]
沸水堆(BWR)和压水堆(PWR)都属于轻水堆,都是靠水(H2O)做慢化剂和冷却剂,都是用低浓缩铀做燃料。
目前全球400多台核电机组中,两百多压水堆,近一百沸水堆。
图5压水堆布置示意图
图6沸水堆布置示意图
福岛第一核电站6台机组全是沸水堆(boiling-waterreactor,BWR)。
如图5所示,沸水堆只有一个工作回路,经济性高,但安全性较低[10]。
此次失事的日本核电站是上世纪60年代设计,70年代建成的老式核电站,其安全理念和防护措施介于切尔诺贝利和中国核电站的压水堆之间。
由于缺乏外部厚实安全壳,只有内部钢安全壳,使其在极端情况下的安全防护措施存在一定问题,而且选址、备用电源等设计也欠缺妥善的考虑。
切尔诺贝利核电站就是安全壳结构缺失的最佳反例。
而压水堆(图6所示),拥有2个工作回路,安全性增强了很多。
即使是中国最早的核电站浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站,也是引进80年代的法国压水堆技术,既有内部钢密闭安全壳,也有外部混凝土防爆安全壳。
安全壳是坚固的90厘米厚混凝土外墙,里面衬有防辐射金属材料,是核反应堆的最后一道防线,也是最重要的安全保障措施。
即使在最坏的情况下,压水堆核电站的反应堆机组核燃料棒融化,彻底损毁。
密闭的反应堆安全壳也能把绝大部分的放射性物质都控制起来,对周围环境和人员也基本没有任何影响。
这种事故已经发生的实例有美国三里岛核电站事故,对周边的居民辐射量仅相当于一次X光拍片。
3.2沸水堆核泄漏物质情况[11-13]
主要考虑的放射性物质分为裂变产物和活化产物2类。
3.2.1裂变产物
(1)放射性惰性气体:
主要有13种核素:
183mKr,85mKr,85Kr,87Kr,89Kr,131mXe,133mXe,133Xe,135Xe,137Xe,138Xe。
(2)放射性碘:
主要有131I,132I,133I,134I,135I。
(3)其它不挥发性裂变产物
具体物理性质如表4所示:
表4重要裂变产物的物理性质
核素
半衰期
活度,1012Bq/MW
辐射种类
惰性气体
85Kr
85mKr
88Kr
133Xe
135Xe
挥发性元素
131I
132I
133I
135I
132Te
134Cs
137Cs
其他元素
90Sr
106Ru
140Ba
144Ce
10.8a
4.4h
2.8h
5.3d
9.2h
8.1d
2.3h
21h
6.7h
3.3d
2.1a
30.1a
30.2a
1.0a
12.8d
284d
7.1
350
830
1940
410
940
1400
1900
1800
140
70
52
310
990
3.2.2活化产物
(1)冷却剂活化产物:
主要有16O活化形成的16N。
(2)非冷却剂活化产物
(3)氚(3H/T):
主要以氢氚水(HTO)存在,半衰期12年。
(4)41Ar
具体物理性质如表5所示:
表5重要活化产物的物理性质
活度,Bq/cm3
溶于水的活化产物
13N
16N
18F
20F
19O
腐蚀产物
24Na
51Cr
54Mn
56Mn
58Co
60Co
64Cu
65Cu
10min
7.2s
1.84h
10.7s
29s
15h
27.8d
313d
2.58h
71.4d
5.26a
12.8h
244d
220
8.1×
106
190
150
0.11×
70
100
0.4
20
10
400
100
3.2.3裂变产物的挥发性
裂变产物的释放特性取决于产物的物理化学性质,按照其挥发性和化学活泼程度对重要裂变产物进行分类,如下表6所示:
表6裂变产物按释放特性的分类
类别
分组
主要核素
(1)气体
Xe,Kr
卤素
I,Br
(2)易挥发
碱金属
Cs,Rb
碲
Te,Se,Sb
碱土金属
Ba,Sr
(3)难挥发
贵金属
Ru,Rb,Pd,Mo,Te
稀土金属
Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Np,Pu
难熔氧化物
Zr,Nb
表中第1类为气态,极易穿透破损的包壳,释放份额很高。
第2类元素在反应堆运行温度(如沸水堆>
200℃)下部分或大部分处于挥发状态,特别是在燃料熔化条件下释放份额很高。
这类元素中的I,Cs为最重要核素,特别是I不仅释放份额高,半衰期中等,挥发性强,释放份额大,而且化学性质活泼,形态复杂较难去除,子环境中浓集系数也高,因此是安全分析中的“紧要核素”。
第3类元素即使在元件熔化温度下也基本不挥发,除非燃料气化或产生某种化学反应形成气溶胶。
3.3小结
分析表4-表6可知,一般主要关注的核素有I,Cs的放射性同位素,这与在日本核电站周围检测到的放射性物质包括131I和137Cs是符合的。
其中,131I一旦被人体吸入,可能会引发甲状腺疾病甚至甲状腺癌;
而有关资料显示,137Cs则会造成人体造血系统和神经系统损伤。
日本政府已计划向核电站附近居民发放防止131I辐射的药物碘片。
结合第二部分中的日本周边的大气和海洋流动情况,综合分析上述物质的放射性活度总量和半衰期,经过长时间的大气扩散和太平洋洋流的稀释,可知此次日本核事故造成的放射性物质泄漏对中国的影响是几乎没有的。
四辐射剂量分析
4.1常见剂量定值和区分
表7辐射引起的健康效应[14]
预期剂量
效应
后果
很低剂量:
约10mSv(有效剂量)或更小
无急性效应,极小的附加癌症危险
甚至在涉及大人群时,可能也不能察觉癌症发生率增加
低剂量:
接近100mSV(有效剂量)
无急性效益,附加癌症危险小于1%
如果受照人群大(可能大于10万人)可能观察到癌症发生率增加
中度剂量:
接近1000mSV(急性全身剂量)
可能恶心、呕吐、中度骨髓阻抑,随后附加安正危险约10%
如果受照人群大于几百人,可能观察到癌症发生率增加
高剂量:
1000mSV(急性全身剂量)
一定恶心,可能发生骨髓综合症;
受到4000mSv急性全身照射,不进行医学治疗,死亡危险大,明显的附加癌症危险
观察到癌症发生率增加
表8人体受短时间大剂量照射的损伤情况[15]
全身吸收剂量/Gy
主要致死效应
照射后死亡时间/d
3~5
骨髓损伤(LD50/60)
30~60
5~15
胃肠道损伤
7~20
肺和肾脏损伤
60~150
>
15
神经系统损伤
<
5,剂量依赖性
表9中国和全球公众所接受的平均剂量[14]
辐射源
我国公众
全球公众
年平均剂量/mSv
分额/%
天然的
约2.3
95.8
2.40
85.4
宇宙射线
0.34
14.1
0.38
13.5
陆地γ射线
0.54
23.4
0.48
17.1
氡
0.725
30.2
1.15
40.9
0.230
9.6
0.10
3.5
其他内照射
0.42
17.5
0.29
10.4
人工的
0.099
4.1
0.41
14.6
医疗照射
0.09
3.8
0.41
14.3
大气层核试验
0.006
0.2
切尔诺贝利核电站事故
0.002
0.1
0.005
0.1
核燃料循环
0.0002
0.002
约0
总计
约2.4
约2.8
4.2日本福岛核电站事故剂量
由于目前很多资料并不透明,只能从传回国内的新闻来获知某些片段,现列举如下:
12日:
12日下午16时许,福岛第一核电站1号反应堆机组厂房发生爆炸,厂房的外墙和屋顶在爆炸中坍塌。
爆炸发生后,在核电站周边检测到的辐射剂量增加至每小时1.015mSv。
核电站周边的辐射剂量在18时许已降低至每小时0.0705mSv。
15日-16日:
15日晚上在距离福岛第一核电站西北20多公里的区域进行监测,辐射量在每小时0.22mSv(1mSv=1000μSv)至0.33mSv之间;
16日上午在距离福岛第一核电站30公里至60公里的区域进行监测,辐射量在每小时0.0125mSv至0.0253mSv之间。
在当地时间15日晚8点40分至50分,距离福岛第一核电站约21公里处的福岛县浪江町附近检测到每小时330μSv的辐射量,这相当于是正常情况下的约6600倍。
具体为车外的辐射量为每小时330至240μSv,车内的辐射量为每小时300至195μSv。
日本文部科学省15日发布的数据显示,当天上午,关东地区以北风为主,位于福岛核电站以南的栃木县、埼玉县、神奈川县、千叶县和东京都各地检测结果显示,辐射值是正常时期的10倍至100倍。
下午,风向转变,刮起东风,核电站以西的福岛县郡山市检测出的辐射值超过上午的130倍。
上午10时至11时,东京市内检测到的辐射为有记录以来最高的0.809μSv,平时则是0.035至0.036μSv,这意味着峰值达到约为正常水平的23倍。
人接受一次胸部X光扫描的辐射为20μSv。
17号:
据共同社消息,日本防卫大臣北泽俊美17日说,他已下令让日本自卫队直升机前往福岛第一核电站,朝该核电站反应堆注水,帮助冷却核电站。
据悉,在1000英尺(约合304.8米)左右的高度,监测到环境中辐射量达到了每小时4.13mSv。
在300英尺(约合91.4米)的高度,环境中辐射量强度高达每小时87.7mSv。
四对中国核电建设的影响
4.1中国的核电规划
按照国家发改委2007发布的《核电中长期发展规划(2005~2020年)》[16],国内的核电发展可以由下图7所示:
图7中国核电厂规划图
4.2近期国家会议决定和未来决策分析
中国国务院总理温家宝16日主持召开国务院常务会议[17],听取应对日本福岛核电站核泄漏有关情况的汇报。
会议强调,要充分认识核安全的重要性和紧迫性,核电发展要把安全放在第一位。
会议做出四项决定:
1)立即组织对中国核设施进
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