福島每天150噸核污水是怎么產(chǎn)生的?為何污水源頭斷不了?
本文摘自《福島/輻島:十年回首詰問(wèn)》第九章,8月26日澎湃新聞客戶端首發(fā),作者授權(quán)全球大學(xué)轉(zhuǎn)發(fā)。
【劉健芝按】:2023年8月24日,日本政府不顧本國(guó)民眾的反對(duì),也不顧?quán)弴?guó)的抗議,一意孤行把福島核污染水排到大海,引起東亞社會(huì)的極大不安。中國(guó)政府和民間的反對(duì)聲音此起彼落。輿論側(cè)重點(diǎn)是,把無(wú)法完全去掉輻射物的污染水排到大海,對(duì)海洋生物以至對(duì)人類,會(huì)有什么不可挽回的影響;污水排到海里是唯一可行的辦法嗎?另有方案是通過(guò)蒸發(fā)到大氣層,盡管費(fèi)用多十倍,但是否比較安全,遺害稍輕?
這些都是應(yīng)該探究的問(wèn)題。可是,更為根本的問(wèn)題,是我們必須問(wèn)的:這些核污染水是怎么產(chǎn)生的?能否切斷源頭?
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA的相關(guān)報(bào)告(2020年4月,英文版),算是最權(quán)威的專家意見(jiàn),日本政府以它作為背書(shū)。報(bào)告花了大量篇幅比較把核污染水蒸發(fā)到天上和排放到大海的技術(shù)可行性,還贊賞日本政府的努力,從2014年每天產(chǎn)生440噸核污染水,減到2020年的每天150噸,甚至可望2025年減到每天100噸。(不要忘記,要把核污染水排到大海的理由,是現(xiàn)有的1000個(gè)儲(chǔ)存罐137萬(wàn)噸的容量,在2022年滿溢,沒(méi)地方存放每天新產(chǎn)生的核污染水。)
因此,要問(wèn)的根本問(wèn)題是:能把核污染水降到零嗎?IAEA報(bào)告以“第一點(diǎn)特別建議”提出:請(qǐng)東京電力公司研究是否有需要繼續(xù)冷卻,能否減少向核反應(yīng)堆內(nèi)注入冷卻水,到某個(gè)時(shí)刻停止注水冷卻,能否建立閉環(huán)的冷卻系統(tǒng)?(第17頁(yè))這個(gè)提法貌似針對(duì)了污染水產(chǎn)生的源頭,可是報(bào)告本身承認(rèn),之所以產(chǎn)生核污染水,是因?yàn)橐鋮s熔化在反應(yīng)堆下面的爐芯,同時(shí)有積水滯留在爐底。這些年減少了每天產(chǎn)生的核污染水,是因?yàn)槎陆亓说叵滤咳牒陀晁嗳?。但是,熔化的爐芯還在發(fā)生反應(yīng),必須持續(xù)冷卻。報(bào)告承認(rèn):只要反應(yīng)堆里還有熔化的輻射物殘?jiān)?,和積聚的死水,就會(huì)每年產(chǎn)生5到6萬(wàn)噸的核污染水。(第16頁(yè))
報(bào)告也提到,2019年4-5月,東電在第二反應(yīng)堆做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),短暫地把冷卻水從每小時(shí)3噸減到1.5噸,也從3噸減到0噸,用以監(jiān)測(cè)爐底的溫度。2019年10月,在第一反應(yīng)堆重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。(第16頁(yè))報(bào)告沒(méi)有公布實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,只是點(diǎn)到即止。
常識(shí)告訴我們,福島的核污染水,不同于一般的核電站的廢水。因?yàn)椋话愕暮穗娬镜睦鋮s水,是在密封的燃料棒外面循環(huán),并不直接接觸核燃料。福島核事故產(chǎn)生的核污染水,是直接觸碰熔化的爐芯。兩者的輻射污染程度,是不可比的。
要切斷核污染水的來(lái)源,唯一的可能是把熔化的爐芯輻射殘?jiān)宄?。這項(xiàng)工作,基本一籌莫展,日本政府把啟動(dòng)日期一拖再拖。
我和黃小媚、何志雄合寫(xiě)的《福島/輻島——十年回首詰問(wèn)》,第9章介紹了福島核電反應(yīng)堆爆炸意外后,至今每個(gè)反應(yīng)堆的狀況。感謝三聯(lián)書(shū)店授權(quán)澎湃轉(zhuǎn)載。
文|劉健芝 黃小媚 何志雄

黑暗之心——熔毀的爐芯
2011年12月16日,日本政府聲稱反應(yīng)爐已達(dá)到了低溫停止?fàn)顟B(tài),恬不知恥地宣布:“核電廠的事故已經(jīng)結(jié)束了”。且不論核電廠周邊地區(qū)仍然是“返鄉(xiāng)困難區(qū)域”(多么委婉的詞),只要看核電站內(nèi)部的嚴(yán)峻情況,就知道這是睜著眼說(shuō)彌天大謊。拖到2012年,對(duì)事故負(fù)直接責(zé)任的東京電力公司才姍姍來(lái)遲地宣布,對(duì)受到巨大損毀的福島第一核電廠的1號(hào)至4號(hào)反應(yīng)堆實(shí)施報(bào)廢。仿佛在2011年3月11日這樣的災(zāi)難發(fā)生之后,他們還冀望反應(yīng)堆起死回生。他們可能以為,謊言越大就越容易讓人信服。
時(shí)任首相的安倍晉三在2012年12月訪問(wèn)福島第一核電站時(shí)說(shuō):“關(guān)停拆除核電站的工作是人類歷史上前所未有的挑戰(zhàn)”。這一點(diǎn)他倒是說(shuō)對(duì)了。十年后的今天,福島核災(zāi)從未謝幕。
事故后的福島第一核電站是一個(gè)定時(shí)炸彈。要拆除,必須清除里面的核燃料、核廢料及不斷生成的輻射物。這個(gè)任務(wù)被證明是超乎想象的困難。潘多拉的盒子打開(kāi)了,十年后,東電才剛剛觸及問(wèn)題的表面。
人們甚至很長(zhǎng)時(shí)間看不到什么有關(guān)福島第一核電站廢爐的消息,因?yàn)橐谶@里取得進(jìn)展實(shí)在是太難了。見(jiàn)諸報(bào)刊的多是可見(jiàn)的裝滿污染土的成堆的黑色垃圾袋,或是存儲(chǔ)輻射污水排列整齊的巨型鐵罐;同時(shí),公眾的注意力被轉(zhuǎn)移到奧運(yùn)復(fù)興福島的舉措上。核電站的內(nèi)部,是鎂光燈照不到的黑暗。
我們到現(xiàn)在才帶讀者一窺究竟,并不是因?yàn)榘l(fā)生爆炸的核電站不是重點(diǎn),而是因?yàn)樗林亓耍林氐阶屓穗y以呼吸。
核廢料清理的最終目標(biāo)是冷卻以及——如果可能的話——清除這三個(gè)反應(yīng)堆內(nèi)部在事故發(fā)生時(shí)所含有的鈾和钚燃料。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和東電2019年2月25日在東京舉行聯(lián)合記者會(huì),介紹福島第一核電站報(bào)廢工作現(xiàn)狀。東電福島第一核電站廢堆負(fù)責(zé)人小野明介紹,1至4號(hào)反應(yīng)堆全都處于低溫停止?fàn)顟B(tài),5號(hào)、6號(hào)機(jī)組由于備用電源未被摧毀,受損較小,已于2014年1月報(bào)廢處理(東電原本不想報(bào)廢5號(hào)和6號(hào)機(jī)組的,是在2013年首相提出后,經(jīng)過(guò)“內(nèi)部認(rèn)真研究”才不情不愿地決定報(bào)廢)。事故發(fā)生時(shí)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)的4號(hào)反應(yīng)堆乏燃料池中的1535根燃料棒已于2014年底全部取出。
就是說(shuō),4至6號(hào)機(jī)組的問(wèn)題已經(jīng)基本解決了??墒牵l(fā)生堆芯熔化的1至3號(hào)反應(yīng)堆乏燃料池中還保存著1600多根燃料棒。

廢棄燃料棒被存儲(chǔ)在反應(yīng)堆的冷卻池中。乏燃料棒會(huì)釋放出很強(qiáng)的輻射,若不持續(xù)進(jìn)行冷卻,會(huì)因高溫而發(fā)生熔融。東京電力公司希望在清除了足夠的放射性瓦礫后,可以開(kāi)始清理廢棄燃料棒。
取出乏燃料棒的作業(yè)非常困難,然而更大的挑戰(zhàn)是清除熔毀事故發(fā)生時(shí)反應(yīng)堆堆芯正在使用的燃料。根據(jù)國(guó)際廢堆研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(IRID)的研究,共有257噸的核燃料發(fā)生堆芯熔毀,熔毀后的燃料棒和壓力容器內(nèi)的其他金屬物質(zhì)混合起來(lái),總重達(dá)到880噸[1],比1979年美國(guó)三哩島核電反應(yīng)堆局部熔融后取出的殘?jiān)鄬⒔?倍。問(wèn)題是,沒(méi)有人知道這些極高輻射的熔化核殘?jiān)那闆r和準(zhǔn)確位置。按照計(jì)劃,這些容器將被完全密封,注滿水,然后使用機(jī)器人來(lái)查找并清除熔化的燃料碎片。但受到污染的瓦礫廢墟、致命的輻射水平和輻射泄漏的風(fēng)險(xiǎn),使這一任務(wù)比蝸牛速度更慢地展開(kāi)。
下面讓我們逐一檢視每個(gè)機(jī)組的狀況。
1號(hào)機(jī)組? ??
1號(hào)機(jī)組目前仍處于調(diào)查階段,內(nèi)部殘存燃料棒392根。由于發(fā)生核事故時(shí)引發(fā)氫氣爆炸,導(dǎo)致1500多噸被炸毀的屋頂和鋼筋散亂在乏燃料池上和周?chē)?,阻礙了從乏燃料池中取出核燃料棒的進(jìn)度。
2017年,東電修改廢堆進(jìn)度表,把原定2018年開(kāi)始取出核燃料的任務(wù)推遲三年。計(jì)劃在2021年底之前將1號(hào)機(jī)組的瓦礫清除完畢。1號(hào)機(jī)組廠房屋頂坍塌,為了防止燃料棒取出時(shí)造成放射性物質(zhì)飛散,須設(shè)計(jì)一個(gè)大型防護(hù)罩覆蓋整個(gè)廠房頂部,防護(hù)罩預(yù)計(jì)在2023年完工,燃料棒取出作業(yè)也就隨之順延到2023年才開(kāi)始。
據(jù)日本共同社2019年12月20日?qǐng)?bào)道,1號(hào)機(jī)組乏燃料池燃料棒的取出作業(yè),由于工程面臨諸多問(wèn)題,東電和日本政府決定,在原計(jì)劃2023年啟動(dòng)作業(yè)的基礎(chǔ)上,再推遲約5年,到2027-28年才開(kāi)始。[2]
至于熔化的堆芯,東電此前推斷,1號(hào)機(jī)組堆芯中大部分核燃料“應(yīng)該”已穿透反應(yīng)堆壓力容器,掉入安全殼內(nèi),“很可能”堆積在安全殼地下。至于掉到了哪里,因?yàn)檩椛涮珡?qiáng),只能靠機(jī)器人去一探究竟。東電于2017年3月18日通過(guò)自動(dòng)行走機(jī)器人,對(duì)1號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆安全殼內(nèi)部實(shí)施調(diào)查。這款蝎型機(jī)器人配備了測(cè)量?jī)x和防水相機(jī)。機(jī)器人在距離安全殼底部約30厘米的污染水中,測(cè)得輻射值最高為每小時(shí)11西弗;在距離安全殼底部約1米的污染水中,測(cè)得輻射值為每小時(shí)6.3西弗。這說(shuō)明在距離安全殼底部越近的地方,輻射越強(qiáng)。堆芯熔化后的核殘?jiān)赡苈湓诹税踩珰さ撞?。各種推斷沒(méi)有怎么提到一個(gè)更為可怕的可能性,就是核殘?jiān)┻^(guò)了安全殼底部。
2019年3月28日,日本“國(guó)際反應(yīng)堆報(bào)廢研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)”(IRID)展示了將調(diào)查1號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆的6種船型機(jī)器人。該機(jī)器人具備潛水功能,可進(jìn)行全方位拍攝。
日本政府和東電宣布于2020年制定取出1號(hào)機(jī)組內(nèi)核殘?jiān)姆桨?,并?jì)劃于2021年內(nèi),即福島核事故發(fā)生10年后,開(kāi)始取出堆芯熔化的核殘?jiān)nA(yù)計(jì)徹底完成反應(yīng)堆報(bào)廢工作需要30至40年時(shí)間,即到2041至2051年才有可能完成。[3]
2號(hào)機(jī)組
2號(hào)機(jī)組內(nèi)部殘存615根燃料棒,一度被認(rèn)為是形勢(shì)最嚴(yán)峻的。
2017年2月16日,由東芝企業(yè)特別設(shè)計(jì)的機(jī)器人,前后搭載攝像頭,可如蝎子一般后部翹起變換拍攝角度,進(jìn)入2號(hào)反應(yīng)堆安全殼中,推測(cè)出輻射劑量達(dá)到驚人的每小時(shí)530西弗,是之前測(cè)得的最大數(shù)值的7倍多。人類暴露此處數(shù)十秒即告死亡。特制的機(jī)器人“蝎子”原來(lái)設(shè)計(jì)可以在內(nèi)工作十多小時(shí),但在極高的輻射下,撐不過(guò)兩小時(shí),也因面對(duì)故障無(wú)法行走,未被回收,陪葬在安全殼內(nèi)。此次正式調(diào)查宣告失敗。
東電對(duì)拍攝的影像進(jìn)行分析,推定輻射數(shù)值,“部分”確認(rèn)2號(hào)反應(yīng)堆內(nèi)部的一些狀態(tài)。比如壓力容器正下方存在疑似熔落核燃料的堆積物。格柵狀支架平臺(tái)也有部分脫落穿孔,長(zhǎng)寬約1米,推測(cè)是因高溫核燃料掉落而熔化變形造成的。這次拍攝到一個(gè)大洞,意味核燃料已經(jīng)腐蝕穿透了原本應(yīng)該待的壓力容器。也就是說(shuō),核物質(zhì)已經(jīng)突破了第一、二層防護(hù),從壓力容器底部向第三層防護(hù)侵蝕。無(wú)人知曉第三層防護(hù)有否被侵蝕。

2019年2月,東電聲稱調(diào)查迎來(lái)轉(zhuǎn)機(jī),對(duì)外公布上,詳細(xì)描述這次的操作:調(diào)查于2月13日上午7時(shí)至下午3時(shí)進(jìn)行,由于安全殼內(nèi)輻射量極高,使用了可遠(yuǎn)程操作的使用2根“手指”開(kāi)閉的裝置,從位于反應(yīng)堆壓力容器正下方的網(wǎng)格狀作業(yè)踏板脫落部分,用纜繩把導(dǎo)管前端裝置垂吊至安全殼底部,在6處觸碰堆積物。其中5處確認(rèn)有數(shù)厘米大的小石狀堆積物與棒狀構(gòu)造物可以移動(dòng),一部分最高可拿起至5厘米。這些堆積物均有一定硬度,沒(méi)有坍塌或變形。
東電公關(guān)大山勝義在記者會(huì)上表示:“通過(guò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng),證明了能夠取出燃料碎片。然而對(duì)于無(wú)法夾住取出的物體,還需研發(fā)相關(guān)設(shè)備。”就是說(shuō),未能取出呈粘土狀的堆積物。記者會(huì)給出的印象,是清理工作有大進(jìn)展,高科技的機(jī)器人完成了任務(wù)??墒牵?xì)想一下,大書(shū)特書(shū)的機(jī)器人的成就,是把一個(gè)數(shù)厘米大的粒狀碎片拿起至5厘米。堆積在2號(hào)機(jī)組里的核殘?jiān)卸嗌賴崳勘緛?lái)這是理所當(dāng)然接著要問(wèn)的問(wèn)題,可是鎂光燈照著的是機(jī)器人小英雄。

東電說(shuō),要先建燃料棒的收納設(shè)施,因此實(shí)施取出作業(yè)還需要一定的籌備期。按照政府2019年12月宣布的計(jì)劃,2號(hào)機(jī)組原計(jì)劃啟動(dòng)作業(yè)的2023年,推遲1至3年到2024-26年。
3號(hào)機(jī)組
據(jù)日本廣播協(xié)會(huì)2019年4月15日?qǐng)?bào)道,3號(hào)機(jī)組第一次燃料棒取出工作從最初的計(jì)劃推遲了4年4個(gè)月。取出3號(hào)反應(yīng)堆乏燃料池中566根燃料棒的計(jì)劃一再延期,主要原因是3號(hào)機(jī)組廠房頂部輻射量未降至預(yù)期水平。同時(shí),東電要在3號(hào)機(jī)組上方加蓋頂罩,以防止取出乏燃料棒時(shí)放射性物質(zhì)飛散。一切順利的話,3號(hào)機(jī)組未使用過(guò)的52根燃料棒計(jì)劃在2021年3月前全部取出。
東電2017年7月19號(hào)公布了首次使用水下機(jī)器人拍攝的3號(hào)機(jī)組內(nèi)部的狀況。機(jī)器人有30厘米長(zhǎng),12厘米寬,取名“小太陽(yáng)魚(yú)”。僅僅是把小太陽(yáng)魚(yú)機(jī)器人及其支持裝置送入核反應(yīng)堆所在的混凝土建筑內(nèi)就用了兩天時(shí)間。四個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)輪流設(shè)置控制面板、電纜卷筒和機(jī)器人需要的其他設(shè)備,即使是穿著全套防護(hù)服,每組工作人員也只能在建筑物內(nèi)呆上幾分鐘,當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)達(dá)到每日最大輻射劑量時(shí),就會(huì)被其他團(tuán)隊(duì)取代。在進(jìn)入反應(yīng)堆內(nèi)部的第二天,“小太陽(yáng)魚(yú)”記錄到反應(yīng)堆內(nèi)鈾燃料棒融化的第一個(gè)跡象。機(jī)器人拍攝到的水下畫(huà)面顯示,3號(hào)機(jī)組受損嚴(yán)重,但熔落的核燃料并未被發(fā)現(xiàn)。
?據(jù)日本《福島民報(bào)》2019年12月2日?qǐng)?bào)道,政府當(dāng)天公布了計(jì)劃表,首次設(shè)定結(jié)束時(shí)間:從反應(yīng)堆堆芯移除燃料碎片的工作將從2021年開(kāi)始,預(yù)計(jì)2031年結(jié)束。4號(hào)機(jī)組已經(jīng)清理完畢,但1到3號(hào)機(jī)組內(nèi)仍有4741份核燃料殘?jiān)_@些核燃料殘?jiān)蝗〕龊?,將被放置到核電站其他建筑物?nèi)的公共水池內(nèi)??墒?,公共水池目前只能容納666份殘?jiān)?/span>
有些人認(rèn)為,放射性物質(zhì)可能無(wú)法安全地被清除,因此建議讓它保留,然后像當(dāng)年切爾諾貝利事故一樣,修建一個(gè)混凝土和鋼制的石棺,將整個(gè)福島核電站徹底封閉起來(lái)。但到現(xiàn)在為止,反應(yīng)堆里面的情況還沒(méi)能掌握,堆芯熔化后核廢料殘?jiān)€不知道在哪,也未完全冷卻。所以,像切爾諾貝利核電站那樣用水泥封存根本不可行。
估計(jì)所有輻射污染固體廢料,加上反應(yīng)堆的核殘?jiān)?030年總共達(dá)77萬(wàn)噸。政府說(shuō),等到2028年才完成制定方案,看如何分類、除污、儲(chǔ)存。[4]
東京電力公司在2019年曾夸口說(shuō),在350萬(wàn)平方米的廠區(qū)里,只要穿上一件標(biāo)準(zhǔn)的連體衣,戴上一次性面罩,就可以抵達(dá)96%的區(qū)域。其余的4%高輻射區(qū),指的就是三個(gè)被毀的反應(yīng)堆。然而即使在輻射量最小的3號(hào)反應(yīng)堆,就算裝備齊全也不能在里面待超過(guò)十分鐘。因此所有的希望被寄予在機(jī)器人身上。日本原子能機(jī)構(gòu)甚至在核電廠附近建立了一個(gè)研究中心,模擬核電站內(nèi)部的情況,讓來(lái)自全國(guó)各地的專家嘗試通過(guò)新的機(jī)器人設(shè)計(jì)來(lái)清理廢墟。一個(gè)小時(shí)車(chē)程外還有一個(gè)機(jī)器人試驗(yàn)場(chǎng)。
不過(guò),輻射太高,連機(jī)器人也罷工。自動(dòng)機(jī)器人要么自動(dòng)關(guān)閉,要么會(huì)在意想不到的地方被變形的障礙物卡住。機(jī)器人還必須足夠靈活,以避免干擾到易揮發(fā)的熔化燃料棒。這是在玩世界上最致命的電腦操作游戲。2016年12月,尾部裝有相機(jī)的機(jī)器人“蝎子”執(zhí)行了兩個(gè)小時(shí)的任務(wù)后就被熔化的金屬塊卡住,葬身2號(hào)反應(yīng)堆。日本東芝花了兩年半的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)這款機(jī)器人,具體金額不詳。

研究公司ABI的分析師萊恩·惠頓(Rian Whitton)表示:“福島事件是一個(gè)令人羞愧的時(shí)刻?!薄斑@顯示了目前機(jī)器人技術(shù)的局限性?!盵5]
前面問(wèn)了,機(jī)器人“蝎子”成功跑進(jìn)2號(hào)機(jī)組把一個(gè)數(shù)厘米大的粒狀碎片拿起至5厘米。那么,堆積在1、2、3號(hào)機(jī)組里的核殘?jiān)卸嗌伲看鸢甘羌s有250噸極高輻射的熔化核殘?jiān)?,位置不明。如果有人怯懾地低聲?wèn):要多少機(jī)器人工作多少年,才能把250噸粘土和粒狀的熔化核殘?jiān)〕??取出后?chǔ)存在哪?如何儲(chǔ)存?這個(gè)問(wèn)題太不合時(shí)宜了。
日本政府和東電沒(méi)有答案。看來(lái)全球最棒的科學(xué)家,也沒(méi)有答案。
東京電力公司高級(jí)顧問(wèn)萊克·巴雷特(Lake Barrett)說(shuō),“這相當(dāng)于把人送上月球?!?巴雷特曾在美國(guó)能源部民用放射性廢物管理辦公室擔(dān)任代理主任,還負(fù)責(zé)過(guò)三哩島核事故的清理工作。他所說(shuō)的“這”,指的就是研發(fā)機(jī)器人來(lái)進(jìn)行福島第一核電廠的報(bào)廢工作。在科學(xué)如此“昌明”的今天,人工智能似乎可以隨時(shí)取代人力,然而面對(duì)像福島這樣的核災(zāi)難局面,人類幾乎束手無(wú)策。在這副棋盤(pán)上只能走一步算一步,裝扮成有進(jìn)步。賭注卻是全球的生態(tài)環(huán)境和人類的存活。一著不慎,滿盤(pán)皆輸。
注釋:
[1]?“除了福島核污水,日本還面臨著一個(gè)人類未曾經(jīng)歷過(guò)的挑戰(zhàn)……”,瞭望智庫(kù)駐東京觀察員,2020年11月2日
[2]?《防放射性物質(zhì)飛散?福島核電站推遲取出兩個(gè)機(jī)組燃料棒》,https://baijiahao.baidu.com/s?id=1653573397773351647&wfr=spider&for=pc
[3]?<推遲4年多,日本今天開(kāi)始取出福島核電三號(hào)機(jī)核燃料棒>,https://www.guancha.cn/internation/2019_04_15_497695.shtml
[4]?“Japan revises Fukushima cleanup plan, delays key steps”, 2019年12月27日,https://apnews.com/d1b8322355f3f3.1109dd925900dff200
[5]?Roger Cheng: “For Fukushima's nuclear disaster, robots offer a sliver of hope”, CNET, 2019年3月9日