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福岛核电站有再次爆炸风险,百万吨污水将无处存放

时间: 2021年03月12日 | 作者: 戚译引 | 来源: 科研圈
日本原子力委员会于3月10日发布的最新调查报告带来了坏消息:福岛核电站内部污染程度远超预期,并且有再次爆炸风险。


福岛核事故 10 周年到来之际,日本原子力委员会于 3 月 10 日发布的最新调查报告带来了坏消息:福岛核电站内部污染程度远超预期,并且有再次爆炸风险。随后,东京电力公司发言人称已经注入氮气进行防爆,再度爆炸的可能性非常低。


另一个迫切的问题是,过去十年间已经累积了上百万吨核污水,而储存场地将在明年夏天用完。日本政府有意将污水排入大海,引发多方反对。完全清理现场则需要 30 年。


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福岛核电站现场储存核污水的储水罐,拍摄于 2015 年 2 月。图片来源:Susanna Loof / IAEA


撰文 戚译引


到今天,日本福岛核事故发生整整十年了。


十年大约是福岛第一核电站建成所需的时间,却远远不足以让这个遭受地震和海啸重创的地方恢复原状。一个迫切的问题就是事故现场保存的上百万吨核污水,日本政府有意将其排入大海,遭到日本民众和国际社会的反对。但是,污水储存罐将在 2022 年夏天用完,这意味着日本政府必须尽快作出决定。


污水处理还仅仅是善后工作的开始。损坏的核电站需要安全拆除,根据福岛第一核电站所属的东京电力公司(以下简称东电)的评估报告,完全清理现场还需要 30 年。


 “我们才刚离开起跑线一点点”,福岛县知事内堀雅雄在 2 月 17 日举办的新闻发布会上表示。 


漫长的期限也意味着不可预知的风险。3 月 10 日,日本原子力委员会发布报告称,在福岛核电站内部发现了新的污染场所,污染程度远超预期,需要修改原定拆除计划。此外,1 号和 3 号机组核反应堆压力容器排出的部分气体发生了倒流,有可能再次引发爆炸。随后东电发言人称,已经注入了防止爆炸的氮气,再度爆炸的可能性非常低。



污水储存场地告急


2011 年 3 月 11 日,日本大地震引发的海啸冲击了福岛第一核电站。海水淹没了备用发电机,导致核电站安全系统失效,造成 1~3 号反应堆堆芯熔毁,随后 1、3、4 号反应堆发生氢气爆炸。事故造成放射性物质泄漏,进入空气和大海,周边 16 万居民紧急疏散。


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损毁严重的 3 号反应堆,拍摄于 2011 年 10 月。图片来源:Giovanni Verlini / IAEA


如今,经过初步的清理工作,除了紧邻核反应堆的周边地区,其他区域的放射性已经降到安全范围。但是,事故现场仍然保存着上百万吨核污水,并且仍在以每天 140 吨的速度增加。新增的污水主要来自为了给反应堆降温注入的冷却水,以及雨水和渗入的地下水。这些污水中含有大量的氚和其他放射性同位素。在过去 10 年中,这里已经累积了超过 124 万吨污水,被储存在上千个储水罐中,几乎占满了福岛核电站场地的每一个角落。东电称,到 2022 年夏天,将没有多余空间来储存核污水。 


污水处理方案引发关注


2020 年 10 月,日本政府称计划将核污水排入大海,引发日本民众和国际社会的反对,目前仍然没有确定的处理方案。


据多方报道,日本采用“边截流边治理”的方式处理核污水问题,一方面在核电机组厂房周边设置地下汲水井,用截流的方式减少地下水流入,同时使用多核素去除设备(Advanced Liquid Processing System,ALPS)清除核污水中的放射性物质。


但 ALPS 处理污染物的能力有限。2020 年 8 月发表于《科学》(Science)期刊的一篇文章对福岛核污水的放射性进行了分析。文章指出,APLS 无法有效去除污水中的氚。幸好,氚作为氢的同位素,排放之后将很快被稀释扩散,并且氚衰变产生的 β 射线对活细胞伤害较小,因此可以容忍更高的排放量标准。氚的半衰期也仅有 12.3 年,因此 60 年之后 97 %的氚就会消失殆尽。


氚的危害相对较小,这是日本政府主张将污水排放入海的依据。但是污水中还含有多种其他放射性同位素,它们对环境的威胁同样不容忽视。 


其他污染物影响更为复杂


《科学》文章援引东电于 2018 年年中发布的一份检测报告指出,污水中还含有钌 106、钴 60 和锶 90 等多种放射性同位素,其浓度比氚要低几个数量级,但不同储水罐之间差异很大。根据东电自己的分析评估,70% 的储水罐中的污水还要经过二次处理,才能达到排放标准。


其他这些放射性同位素的行为不尽相同,包括半衰期和与海洋生物以及沉积物结合的能力。学界通常用生物浓缩系数(biological concentration factor,简称 BCF)评估某种污染物与生物结合的能力,定义为该污染物在生物体内的浓度与在生物生存环境中的浓度的比值。按照这种评估方法,《科学》文章指出,鱼对碳 14 的富集能力达到氚的 5 万倍,而海洋沉积物对钴 60 的富集能力高达氚的 30 万倍。作者指出,对于其他放射性同位素,不能直接套用基于氚建立的扩散模型,而应该单独评估其排放后果。


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福岛现场的一个液体储存罐,在事故中发生了变形扭曲,拍摄于 2011 年 10 月。图片来源:Giovanni Verlini / IAEA


对于污水问题,“解决方案包括降低氚以外的污染物的浓度,在二次处理后独立检验每个储水罐中各种污染物的浓度,以及重新考虑其他储存方式。如果要排放污水,应当在排放前、排放期间和排放后独立进行相应研究,对海水、海洋生物和海床沉积物中的多种污染物进行研究,”研究作者、美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的 Ken O. Buesseler 呼吁。


日本渔业协会也一直强烈反对将污水排放入海。2015 年,东京电力公司曾向该协会作出书面保证,承诺“不轻易向海洋排放”。2020 年,协会再次对日本政府提交请愿书,称“如果排放到海洋的话,渔业者迄今为止 10 年的努力将化为泡影”。 


完全清理现场还需 30 年


除了污水处理之外,其他现场工作还包括移除未受损燃料、移除重新固化的熔毁堆芯、拆除反应堆。成本方面,日本政府估计,清理现场需要 8 兆日元(约合人民币 4800 亿元),而日本经济研究所认为实际费用远远不止于此。作为对比,福岛核电站的建设花了 10 年,成本为 2370 亿日元(人民币 142 亿元)。


《科学》新闻报道指出,尽管福岛的 4 座反应堆结构基本相同,但是它们在事故中受到了不同程度的破坏,这意味着需要为每座反应堆单独制定拆除方案。


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2013 年 4 月,两位国际原子能机构(IAEA)专家在福岛现场视察善后工作。图片来源:Greg Webb / IAEA


移除未受损燃料的工作预计最快在 2031 年进行,也就是下一个十年之后。移除熔毁燃料的工作更为困难,目前还没有设定完成时间目标。东电已经尝试用远程控制设备确认发生了堆芯熔毁事故的反应堆内部情况,包括残余燃料的位置和状态,但仍然无法了解具体的信息。东电推测在事故过程中,部分燃料熔穿了反应堆压力容器,滴落到反应堆水泥地基上。预计在 2022 年,工作人员将使用远程控制机械手,尝试从 2 号反应堆底部提取少量的燃料残骸。


2021 年 3 月 10 日,日本原子力委员会发布报告称,在福岛第一核电站内部发现了新的污染场所,污染严重程度远超预期,原本的废炉拆除计划可能需要重新考虑。此外,1 号和 3 号机组核反应堆压力容器排出的部分气体发生了倒流,有可能再次引发爆炸。随后,东电宣传部发言人今井贤树在接受《新京报》采访时表示,核电站已经在熔化燃料残渣的容器中充入了防止爆炸的氮气,再度爆炸的可能性非常低。


在等待事故现场清理的这个时间段,东电公司还需要考虑再次发生地震、海啸等自然灾害,引发污染物扩散的风险。10 年前的那场海啸高度大约 15 米,而根据日本发布的预测结果,将来还可能发生约 10 米高的海啸。今井贤树称,如今已经设立了约 11 米高的防潮坝,并计划将其增高至 16 米,预计约两年后完成。


参考来源:

1. https://www.sciencemag.org/news/2021/03/why-cleaning-fukushima-s-damaged-reactors-will-take-another-30-years 

2. https://www.reuters.com/article/us-japan-fukushima-anniversary-legacy-idUSKBN2B103H

3. https://science.sciencemag.org/content/369/6504/621 

4. http://www.xinhuanet.com/world/2020-10/23/c_1210853746.htm

5. https://mp.weixin.qq.com/s/VLvRd18S8BYZ2XWimT8Ypw 

6. https://www.yicai.com/news/100974651.html