日本福岛的核泄漏危机是如何善后的?难度耗资之大堪比开发太空!

受2011年3月12日日本9.0级大地震影响,福岛核电站遭受世界史上最为严重的核泄露事故,被国际原子能安全机构认定为最高7级事故。如今已经过去了8年时间,福岛核电站的善后工作进行的怎么样了?

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福岛核电站

由于大量的核辐射物质被泄露至外部,日本政府宣布福岛核电站第一站的1-6号核反应堆全部永久性的关闭,东京电力公司制定妥善的拆除方案执行移除被泄露的辐射物质,于2014年4月成立了特别行动小组,专门监管核电站废弃退役处理工作。直宏增田成为此次行动的小组领导,配合政府部门及其他相关单位协调工作。

由于此次福岛核电站有3个反应堆芯熔毁,核燃料棒融化导致碎片进入了安全舱并凝结,据统计光泄露的燃料碎片已经达到了270吨,要想彻底的清除被泄露的碎片需要投入大量的人力物力和财力,同时还要花费较长时间的善后过程,期间还要面临技术上的难题以及燃料碎片的存放等棘手的问题。移走燃料碎片和拆除核反应堆是当务之急,也是整个工作部分的重点,日本政府和东京电力公司所面临的压力巨大。

日本政府和东京电力公司制定出一份周密的实施计划,计划共分三个阶段进行,第一阶段是制定移除计划所需要的技术支持、人力物力财力落实、燃料碎片的存储方案及实施,也就是说前期是准备工作的组织协调阶段。第二阶段是碎片及固体的拆除实施阶段,这一阶段是一个复杂漫长的实施阶段,这一阶段的实施会涉及到一些高科技的应用设备投入,计划在20年内将燃料碎片及其它固体设施完成移除。第三阶段是收尾善后阶段,清洁电站所在周边的地方还原一个安全适合居住的环境。在长达40年的善后过程中,将会耗资超过200亿美元,其中的来源是从税收和电费中募集。

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三里岛核事故燃料碎片样本

当前已经实质性的进入了第二阶段的计划实施中,降低辐射强度是最关键的实施目标,以便于人工参与到重要区域进行拆除工作,工作人员可以在低烈度的辐射环境下身着防化服携带设备进入工作区域,一步步循序渐进的移除、清洁被污染的每一寸土地。

反应堆内部当前只能允许机器人进进出出,机器人携带摄像机和探测仪深入堆芯收集有价值的信息,工作人员利用远程控制技术操作机器人进行内部清障、测量数据和提取样本。

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核燃料碎片存储装置

机器人充当侦查前锋的叫做麦斯特(MEISTER),是由三菱重工为福岛核电站事故专门定制的机器人,其主要功能是前去人类禁区采集数据和样本带回来供专业人员研究分析。2014年3月,一个麦斯特机器人被装进了集装箱由大型吊车吊运进2号反应堆内实施侦察,集装箱被吊置在2号堆上顶,2号反应堆没有发生爆炸外部基本完好,项目负责人认为这对移除燃料碎片工作来说是个好事,至少要比其它几个堆的清理工作要容易些。

工作人员通过远程遥控机器人进入了堆芯顶部的操作台,摄像机传回的图像出乎工作人员的意料之外,大地震所带来的影响力非常巨大,燃料棒融化后的碎片几乎是到处都有,机器人在碎片之间艰难的穿行,最终达到样本采集地下钻采集了堆芯顶部建筑的水泥样本并带回。

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反应堆芯熔毁示意图

样本被送进了实验室进行分析辐射量度,经过测量混凝土有一毫米深度的区域受到了严重的核污染,具有较强的辐射量值,专家认为反应堆建筑内这部分混凝土的污染是无法采用清洗的方案解决,只能将这一层一毫米厚的混凝土拿掉才能解决问题,这就意味着整个反应堆的建筑清理辐射源势在必得,将是一个极其困难的工作过程。

通过对采集样本的分析和机器人所测量的信息来看,2号堆的一层建筑内的辐射值达到了每小时4400毫西弗茨,如此强度的辐射值可以使人在2小时内毙命。即使在最外层的操作台辐射值仍然高于800毫西弗茨,显然污染情况并不乐观,整个反应堆设备区域都收到严重的核污染,而安全舱内被泄露的燃料碎片是净化清洁工作的首要目标,进入安全舱采集数据和样本成为一个现实性的难题。

如何让机器人进入堆芯的极端环境里成为了一个重点难题,堆芯内部的情况无人知晓,而地震和爆炸的破坏导致进出的通道被堵死,工作组将目标放在了1号反应堆,1号堆芯被破坏最为严重所泄露的燃料碎片最多,最后锁定在一条通往安全舱内部的管道,这条管道在设备中的名称叫做X6直径55厘米,机器人通过管道基本上没什么问题,但这不代表就不会有其它问题产生,然而在管道外侧如何将机器人送入又成了一个十分棘手的问题。

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麦斯特机器人

工作组将一台安装有探测伽马射线功能的摄像头的机器人派遣在管道外侧,实施数据测量发现该管道及所在区域的辐射值超过了每小时1600毫西弗茨,显然不在人工活动的区域范围之内,没办法只好将目光转向了另一侧辐射值较低的一条直径10厘米的管道,看来研发小型的机器人成为了必要选项。项目组研发出了一种蛇形机器人,于2015年送入了那条狭长的管道并完成了数据和样本采集。

项目组负责人直宏增田认为,3个反应堆的污染情况极为严重,清洁净化工作并不乐观,在核心地带的辐射值远远超过了人体所能接受的范围之外,这对于工作进展来说效率非常低下速度极为缓慢,在具体的实施过程中还会遇到这样那样的问题,其中还要顾及到周边居民的态度及配合问题,还有政府的协调支持等都将成为阻碍工作进展的重要因素。

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蛇形机器人

日本政府和东京电力公司试图借鉴汲取国外的核事故处理经验来应对,但不同的事故程度处理经验也值得借鉴。切尔诺贝利核电站事故虽然过去了30年,反应堆内的燃料碎片至今仍未得到清理净化,仍然保持着当初事故之后的样子,燃料碎片仍然含有较高的辐射量值,目前反应堆外壳被厚厚的钢筋混凝土包裹以起到防止核泄漏,N多年后当外层混凝土遭到破坏之后又要重新被加固。

美国的三里岛核事故与两者比较则显得非常轻微,三里岛核电站只有一个反应堆芯熔毁,即使如此美国政府还是决定终生关闭了该反应堆。至于在后期处理的过程中同样遇到了种种困难,光在燃料碎片的移除过程中的视频录像带就产生了1000多盘,而在燃料碎片的保存及运输问题上让中央政府跟各州地方政府之间产生的矛盾足够能引发海啸,最终被临时安置在爱达荷州的核研究基地,这只是权宜之计至于最终的安置点在哪里没有人知道。

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三里岛反应堆移除视频录像带

三里岛核事故的发生原因跟福岛有着本质上的不同,三里岛反应堆芯是因为冷却水下降造成的燃料棒熔毁,抢救过程中是可以重新注入冷却水,而泄露污染程度较为轻微,3年后才进入堆芯内部参与清理移除工作,由于核燃料棒外层是金属,燃料融化凝结后硬度极大,在破除实施中遇到了很多问题采取了多种方案进行,真正有起色的工作是在6年以后,工作组研发出了像开采石油那样的钻探设备,一点点的将燃料碎片在废水中清理打捞出来。

对于燃料碎片的安置工作,项目组的成员甚至是一筹莫展,这牵涉到安置地点和运输地点,在运输安全保护问题得以解决之后,这批93吨的燃料碎片最终被储存在了爱达荷州的核研究基地。这个棘手的问题对于狭小的日本国土及稠密的人口分布来说,燃料碎片放在哪里都是一样,都会遭受地方政府及民众的强烈反对,日本政府如何应对这个世界级的难题目前还没有一个确切的答案,最终可能会有一个万全之策。

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三里岛核电站

当前福岛核事故特别行动小组正在借鉴美国三里岛核事故处理的经验,正在加紧研究三里岛反应堆的燃料碎片样本,以来应对保证研发出适合自己情况的高科技设备工具。样本虽然放置了30多年,至今的辐射强度依然保持在4000毫西弗茨的水平,据专家分析福岛核电站的燃料碎片要比三里岛碎片的样本硬度高出很多,破除手段必须要提高技术等级才可以应对其难度可想而知。要想高效的完成任务就必须要大量的汲取三里岛事故的经验,只有这样才可能降低在实施中的失误所造成的损失。

在这份核事故善后计划中,40年跨度的时间过程或许不算很长,但可能会出现逾期的可能性,计划中最后阶段至2051年全部结束,但根据当前所面临的复杂情况来看,至少逾期的可能性正在变得越来越接近现实,而那些其它震惊世界的核泄漏危机事故所面临的善后难题,至今仍然没有得出最为完善的最终方案。

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切热诺贝利核电站


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