日本福島的核洩漏危機是如何善後的?難度耗資之大堪比開發太空!

受2011年3月12日日本9.0級大地震影響,福島核電站遭受世界史上最為嚴重的核洩露事故,被國際原子能安全機構認定為最高7級事故。如今已經過去了8年時間,福島核電站的善後工作進行的怎麼樣了?

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福島核電站

由於大量的核輻射物質被洩露至外部,日本政府宣佈福島核電站第一站的1-6號核反應堆全部永久性的關閉,東京電力公司制定妥善的拆除方案執行移除被洩露的輻射物質,於2014年4月成立了特別行動小組,專門監管核電站廢棄退役處理工作。直宏增田成為此次行動的小組領導,配合政府部門及其他相關單位協調工作。

由於此次福島核電站有3個反應堆芯熔燬,核燃料棒融化導致碎片進入了安全艙並凝結,據統計光洩露的燃料碎片已經達到了270噸,要想徹底的清除被洩露的碎片需要投入大量的人力物力和財力,同時還要花費較長時間的善後過程,期間還要面臨技術上的難題以及燃料碎片的存放等棘手的問題。移走燃料碎片和拆除核反應堆是當務之急,也是整個工作部分的重點,日本政府和東京電力公司所面臨的壓力巨大。

日本政府和東京電力公司制定出一份周密的實施計劃,計劃共分三個階段進行,第一階段是制定移除計劃所需要的技術支持、人力物力財力落實、燃料碎片的存儲方案及實施,也就是說前期是準備工作的組織協調階段。第二階段是碎片及固體的拆除實施階段,這一階段是一個複雜漫長的實施階段,這一階段的實施會涉及到一些高科技的應用設備投入,計劃在20年內將燃料碎片及其它固體設施完成移除。第三階段是收尾善後階段,清潔電站所在周邊的地方還原一個安全適合居住的環境。在長達40年的善後過程中,將會耗資超過200億美元,其中的來源是從稅收和電費中募集。

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三里島核事故燃料碎片樣本

當前已經實質性的進入了第二階段的計劃實施中,降低輻射強度是最關鍵的實施目標,以便於人工參與到重要區域進行拆除工作,工作人員可以在低烈度的輻射環境下身著防化服攜帶設備進入工作區域,一步步循序漸進的移除、清潔被汙染的每一寸土地。

反應堆內部當前只能允許機器人進進出出,機器人攜帶攝像機和探測儀深入堆芯收集有價值的信息,工作人員利用遠程控制技術操作機器人進行內部清障、測量數據和提取樣本。

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核燃料碎片存儲裝置

機器人充當偵查前鋒的叫做麥斯特(MEISTER),是由三菱重工為福島核電站事故專門定製的機器人,其主要功能是前去人類禁區採集數據和樣本帶回來供專業人員研究分析。2014年3月,一個麥斯特機器人被裝進了集裝箱由大型吊車吊運進2號反應堆內實施偵察,集裝箱被吊置在2號堆上頂,2號反應堆沒有發生爆炸外部基本完好,項目負責人認為這對移除燃料碎片工作來說是個好事,至少要比其它幾個堆的清理工作要容易些。

工作人員通過遠程遙控機器人進入了堆芯頂部的操作檯,攝像機傳回的圖像出乎工作人員的意料之外,大地震所帶來的影響力非常巨大,燃料棒融化後的碎片幾乎是到處都有,機器人在碎片之間艱難的穿行,最終達到樣本採集地下鑽採集了堆芯頂部建築的水泥樣本並帶回。

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反應堆芯熔燬示意圖

樣本被送進了實驗室進行分析輻射量度,經過測量混凝土有一毫米深度的區域受到了嚴重的核汙染,具有較強的輻射量值,專家認為反應堆建築內這部分混凝土的汙染是無法採用清洗的方案解決,只能將這一層一毫米厚的混凝土拿掉才能解決問題,這就意味著整個反應堆的建築清理輻射源勢在必得,將是一個極其困難的工作過程。

通過對採集樣本的分析和機器人所測量的信息來看,2號堆的一層建築內的輻射值達到了每小時4400毫西弗茨,如此強度的輻射值可以使人在2小時內斃命。即使在最外層的操作檯輻射值仍然高於800毫西弗茨,顯然汙染情況並不樂觀,整個反應堆設備區域都收到嚴重的核汙染,而安全艙內被洩露的燃料碎片是淨化清潔工作的首要目標,進入安全艙採集數據和樣本成為一個現實性的難題。

如何讓機器人進入堆芯的極端環境裡成為了一個重點難題,堆芯內部的情況無人知曉,而地震和爆炸的破壞導致進出的通道被堵死,工作組將目標放在了1號反應堆,1號堆芯被破壞最為嚴重所洩露的燃料碎片最多,最後鎖定在一條通往安全艙內部的管道,這條管道在設備中的名稱叫做X6直徑55釐米,機器人通過管道基本上沒什麼問題,但這不代表就不會有其它問題產生,然而在管道外側如何將機器人送入又成了一個十分棘手的問題。

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麥斯特機器人

工作組將一臺安裝有探測伽馬射線功能的攝像頭的機器人派遣在管道外側,實施數據測量發現該管道及所在區域的輻射值超過了每小時1600毫西弗茨,顯然不在人工活動的區域範圍之內,沒辦法只好將目光轉向了另一側輻射值較低的一條直徑10釐米的管道,看來研發小型的機器人成為了必要選項。項目組研發出了一種蛇形機器人,於2015年送入了那條狹長的管道並完成了數據和樣本採集。

項目組負責人直宏增田認為,3個反應堆的汙染情況極為嚴重,清潔淨化工作並不樂觀,在核心地帶的輻射值遠遠超過了人體所能接受的範圍之外,這對於工作進展來說效率非常低下速度極為緩慢,在具體的實施過程中還會遇到這樣那樣的問題,其中還要顧及到周邊居民的態度及配合問題,還有政府的協調支持等都將成為阻礙工作進展的重要因素。

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蛇形機器人

日本政府和東京電力公司試圖借鑑汲取國外的核事故處理經驗來應對,但不同的事故程度處理經驗也值得借鑑。切爾諾貝利核電站事故雖然過去了30年,反應堆內的燃料碎片至今仍未得到清理淨化,仍然保持著當初事故之後的樣子,燃料碎片仍然含有較高的輻射量值,目前反應堆外殼被厚厚的鋼筋混凝土包裹以起到防止核洩漏,N多年後當外層混凝土遭到破壞之後又要重新被加固。

美國的三里島核事故與兩者比較則顯得非常輕微,三里島核電站只有一個反應堆芯熔燬,即使如此美國政府還是決定終生關閉了該反應堆。至於在後期處理的過程中同樣遇到了種種困難,光在燃料碎片的移除過程中的視頻錄像帶就產生了1000多盤,而在燃料碎片的保存及運輸問題上讓中央政府跟各州地方政府之間產生的矛盾足夠能引發海嘯,最終被臨時安置在愛達荷州的核研究基地,這只是權宜之計至於最終的安置點在哪裡沒有人知道。

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三里島反應堆移除視頻錄像帶

三里島核事故的發生原因跟福島有著本質上的不同,三里島反應堆芯是因為冷卻水下降造成的燃料棒熔燬,搶救過程中是可以重新注入冷卻水,而洩露汙染程度較為輕微,3年後才進入堆芯內部參與清理移除工作,由於核燃料棒外層是金屬,燃料融化凝結後硬度極大,在破除實施中遇到了很多問題採取了多種方案進行,真正有起色的工作是在6年以後,工作組研發出了像開採石油那樣的鑽探設備,一點點的將燃料碎片在廢水中清理打撈出來。

對於燃料碎片的安置工作,項目組的成員甚至是一籌莫展,這牽涉到安置地點和運輸地點,在運輸安全保護問題得以解決之後,這批93噸的燃料碎片最終被儲存在了愛達荷州的核研究基地。這個棘手的問題對於狹小的日本國土及稠密的人口分佈來說,燃料碎片放在哪裡都是一樣,都會遭受地方政府及民眾的強烈反對,日本政府如何應對這個世界級的難題目前還沒有一個確切的答案,最終可能會有一個萬全之策。

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三里島核電站

當前福島核事故特別行動小組正在借鑑美國三里島核事故處理的經驗,正在加緊研究三里島反應堆的燃料碎片樣本,以來應對保證研發出適合自己情況的高科技設備工具。樣本雖然放置了30多年,至今的輻射強度依然保持在4000毫西弗茨的水平,據專家分析福島核電站的燃料碎片要比三里島碎片的樣本硬度高出很多,破除手段必須要提高技術等級才可以應對其難度可想而知。要想高效的完成任務就必須要大量的汲取三里島事故的經驗,只有這樣才可能降低在實施中的失誤所造成的損失。

在這份核事故善後計劃中,40年跨度的時間過程或許不算很長,但可能會出現逾期的可能性,計劃中最後階段至2051年全部結束,但根據當前所面臨的複雜情況來看,至少逾期的可能性正在變得越來越接近現實,而那些其它震驚世界的核洩漏危機事故所面臨的善後難題,至今仍然沒有得出最為完善的最終方案。

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切熱諾貝利核電站


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