据官方报道,就三月二十八日三里岛核电厂的失冷小型事故来说,这类事故发生的可能性只有百分之一。目前,萦绕着原子界的问题却是,核电厂发生大规模熔毁的可能性如果是十万分之一的话,那么这家不幸的核电厂靠近这个十万分之一究竟有多远呢?
安全壳建筑物内的确切情况目前仍不清楚。里面的辐射强度高达三万雷姆,远远超过了五百雷姆这一致命剂量。尽管人们在未来一、二月内不能走近反应堆堆芯及其冷却系统,华盛顿和哈里斯堡的美国核管理委员会的官员们对事故的发生经过仍然作出了如下设想。
清晨,四点还差一丁点儿,事故发生了。大都会- 爱迪生公司的二号堆控制室内,警报啸叫。二回路冷却系统的给水泵发生了故障。厂内的汽轮机停机了。三里岛核电厂停止了发电。然而,在安全壳建筑物内,反应堆仍以最大的能力产生热能。
由于二回路冷却系统失灵,反应堆一回路冷却系统工作温度上升,超过了华氏五百八十度。四秒钟后,一回路压力超过正常压力200磅/平方英寸,打开了稳压器(加压器)的减压阀。当压力到达每平方英寸二千三百五十磅时,反应堆自动停堆,几秒钟后,压力开始下降。
三里岛控制室操作人员对这种事情并不是第一次碰到。二号堆的操作人员以前曾遇到过汽轮机停机以及反应堆停堆的情况。最近几年来,一号堆也有过三次类似事件。
可是,操作人员刚关上警报器,报警灯又亮了。给水泵发生故障后十五秒钟,一回路温度上升到华氏六百十一度,压力下降到每平方英寸二千一百四十七磅。在压力继续下降的同时,辅助给水泵自动投入运行,以补偿冷却剂的流失。可是,令人不能置信的是,没有水流入反应堆冷却系统。这情况操作人员在关键的八分钟内竟然一无所知。
幸运的是,外部电源驱动的一回路冷却泵还在继续运转。不过,如果发电厂失去外部电源,也就无法驱动堆芯周围的冷却剂。三里岛的紧急柴油发电机是设计来驱动七百匹马力的给水泵而不是驱动九千匹马力的主泵的。
三里岛控制室里的指示器显示出两个自相矛盾的情况后,事情就越来越混乱了。一方面,致冷剂似乎正继续急剧地流失,压力也似乎在迅速下降,这种急剧流失的失冷情况可能会使堆芯暴露。另一方面,这个操作人员毫不知情达二小时的故障的原因是,稳压器上安全阀不能使压力回复到每平方英寸二千二百磅的设定点,而相反,把放射性蒸汽从一回路喷到下面的骤冷槽。
可是,在冷却剂继续流失的同时,稳压器的压力指示器却在上升——这个仪器的指示数可能是错误的——并自动打开其他减压阀,从稳压器内开始排出少量带有放射性的蒸汽到安全壳的圆顶部。这对操作人员来说,很明显地意味着,稳压器内已没有控制压力所必不可少的氮和气盖了。
当一回路压力锐减到每平方英寸一千六百磅时,紧急堆芯冷却系统自动打开,引出储备着的三十五万加仑经过预加压的硼化水。紧急堆芯冷却系统中成吨的冷却剂源源涌进了一回路系统。
在紧急冷却系统还没来得及使堆芯冷却前,稳压器水位指示器却急剧上升到超过了规定的限度。操作人员目瞪口呆,死盯着那带着许多问号的计算机打印出来的结果。
一个操作人员可能是由于惊惶失措,也可能是根据指示器的错误的指示数,关掉了紧急堆芯冷却系统中的一台高压注射泵。九十秒后,四点零六分不到一点儿,压力落到最低点——每平方英寸一千三百五十磅,反应堆冷却系统急骤闪蒸为蒸汽。
关掉紧急堆芯冷却系统这做法是否明智已成为争论的题目。当一回路冷却水下降时,堆芯燃料温度急剧上升。核管理委员会认为,堆芯中心的最高温度可能达到了华氏二千七百度。这个温度足以使包着锆的燃料棒断裂,但还不足以使堆芯塌倒。堆芯要在温度接近华氏三千三百度时才开始塌倒。华氏二千七百度这个温度估计值是非常重要的,因为在这种温度时,炽热的包壳和水的反应会自动催化,释热量将增大,包壳也会进一步受到损坏。当温度超过华氏二千七百度时,继续使用紧急堆芯冷却系统将使事故加剧,它可放出更多的氧从而增加金属/水之间的反应,产生更多的热量以及释放出可能造成爆炸的氢气。所以,有些官员认为,那位负责的操作人员——他的姓名仍然保密——把紧急堆芯冷却系统断路,有可能是无意中避免了一场灾难。
不论情况如何,这个“短暂事件”现在已成为一个长期和严重的问题。从理论上来说,华氏一千二百度时,包壳就会裂开,使一些二氧化铀芯块重新排列,有可能使芯块溢出后彼此相叠。堆芯几何形状的破坏会形成各种不能冷却的构型,因为水不能在断裂区内循环流动。这样,在华氏一百五十度冷却停堆的前景突然变得遥远了。
由于一回路冷却剂压力继续猛落,堆芯暴露的可能性增大了。控制室操作人员发现,辅助给水泵并没泵出水来,原来,一些排水阀在两星期前所进行的日常维修中给关上了。阀门立即给打开了,也许是在一个关键的时刻。
蒸汽发生器压力表到达了最低点,而且在不祥的三秒钟内没有任何的变化。在这样的时刻,燃料棒上端有可能不时暴露出来。这场事故眼看就要酿成巨灾。
就在这时,蒸汽发生器压力开始回复。三分钟后,稳压器水位指示器回复到限度,并开始下降。控制室内一片欢天喜地景象,可是好景并不太长。
四点十分,一个操作人员关闭了紧急冷却系统中的第二台高压注水泵。九十秒后,他似乎改变了主意,再次把泵打开了。
关于后来几小时的情况,以下只是一个大概的说明。看来,汽泡进入了一回路,使巨大的冷却泵失去了吸力。五点十五分,二只一回路冷却泵空转,为避免烧毁,就人工关闭了。五点四十分,出于同样理由,辅助给水泵也关上了。
反应堆堆芯温度再次超越限度、剧烈上升。核管理委员会估计,这一次,温度可能达到华氏三千六百度。从理论上说,它足以触发堆芯发生塌倒,也可能引起大规模熔毁。大量的放射性气体释放了出来,聚集在反应堆压力壳的顶部。一回路由于发生故障,排除不了这些气体。
四时零七分,反应堆建筑物的污水泵开动了,这证实一回路有泄漏情况,出现了污染的新问题。核管理委员会从一连串事件追溯到它的根源是一回路里的水通过出毛病的稳压器安全阀大量涌出。设计用来容纳少量污水的骤冷槽一会儿就满了。按照预期要求,槽内直径一英寸的安全盘开始排水。含有放射性的水涌进了反应堆基础。于是,污水泵就把这些溢出来的水,泵入安全壳区外辅助建筑物的贮罐中。
二小时后,废汽箱的排气阀打开了,排出了放射性气体。附近二个吃惊的技术员受到了污染。后来发现,他们吸收了三点七和三点二拉德的辐射量。附在墙上、天花板上的蒸汽以及主冷却剂滴到了地上。抽气风扇把放射性蒸汽抽到了大气层中。一缕缕热蒸汽飘荡在宾夕法尼亚的哈里斯堡的上空。
六时五十分,辐射警报响了,现场紧急状态宣布了。核管理委员会和地方官员都接到了通知。在发电厂边的萨斯奎哈纳河对岸的米德尔城市长告诉记者说,他直到上午九时,也就是控制室第一次警报响后五小时,才得到通知。十一点,宣布了全面紧急状态。这种情况对商用核电厂来说,还是第一次。
核电厂外面,卫生物理学家们在搜集数据。他们发现,随着风向的不同,放射性污染约在每小时二毫雷姆到五十毫雷姆左右。核管理委员会工作人员同一大群州警、美军支援集团以及通讯兵团一起到达。通讯兵团的到达很重要。在常规电话网负荷过重时它可进行紧急通讯。
经营三里岛核电厂的私营企业——大都会- 爱迪生公司的副总经理杰克 · 赫朋告诉蜂拥而至的一大群记者说,情况已得到控制。他解释说:“我们说全面紧急状态,并不是说就存在这种紧急状态。没有什么灾难性的和任何出乎意料的情况。”
这家公司整整一天讲了些宽慰人心,然而又是相互矛盾的话。一个说:“一直没有记录到重要的辐射污染。发电厂外面没有辐射情况。”事实上,赫朋却告诉记者说:“我们一发现有最微小的辐射可能性,就停止往外排气。”
查尔斯·加利纳博士以及核管理委员会其他调查者分别在另一个情况介绍会上说,放射性气体不断从辅助建筑物的排气系统中逸出。这种逸出情况在以后几天内将继续下去。
在事故发生后十二小时,核管理委员会说,它仍然不能确定损坏的程度如何。可是一个公用事业发言人承认:“少数燃料出了毛病。也许三万七千根燃料棒中,有百分之一已损坏了。”
到星期四早上,核电厂里情况到底怎样,仍然弄不清楚。电厂外面,公用事业方面的话已逐渐不起作用。有争论的反应堆安全研究(WASH ~ 1400)的协调人、麻省理工学院物理学家诺曼·C · 拉斯马森说:“三里岛事件将被认为是商用核电厂的最严重事件。在这类工厂中,我们从来没损坏过燃料。”
拉斯马森博士告诉本刊记者说:“待分析数据后,这件事也许使我改变,使我多少要提高核电厂发生这种事故的几率、我不了解事情真相。可是,我认为,我们必须承认,如果我们搞核动力,那就会有些问题。危险不会等于零。不过我们得在危险和其他抉择之间权衡得失。
数以百计的环境污染问题专家云集哈里斯堡的迎宾馆,要求把发电厂的目前处境及其危害人民的情况全部公开。
匹兹堡大学放射学教授欧内斯特·J · 斯顿格拉斯宣布,他自星期三早上一直在进行辐射取样,样品的辐射量比正常的背景水平高十四倍。“这一数字”他说,“相当于一次核弹试验带来的大量放射性沉降物。”他这一说法遭到核管理委员会的反对,被认为是“完全错误的”。
大都会爱迪生公司的杰克·赫朋对斯顿格拉斯的评论作辩护,他说:“我们没伤害过什么人。我们没有使什么人受到过度辐射。我们肯定没有使任何个人遭受死亡。发电厂外面的辐射量是极其小的。”这种“无害”论立即受到原子问题评论家的抨击。诺贝尔奖金获得者乔治 · 沃尔德说:“任何一种辐射量都是一种能造成危害的辐射量。小辐射量造成小危害。大辐射量造成大危害。”
不久,需要疏散的谣言传开了。在开始的二十四小时内,一万居民自愿离开。这样,谣言就更使人相信了。一个反对核发电的人怒气冲冲地说:“如果萨斯奎哈纳河泛滥,毫无疑问要疏散。这里的问题是,你根本不知道是什么样的危险。他们只告诉你—些他们要你知道的事情。”
星期五,危机情况透露出来了。宾夕法尼亚紧急事务管理局在记者招待会上报告说:几小时前,大量氙-133气体已放入大气中。放气后,发电厂上空,气体读数高达一千二百毫雷姆。管理局还宣布,为了腾出地方容纳溢出的放射性强度高的一回路冷却剂,四万加仑低污染水平废水已于星期三午夜泄放入萨斯奎哈纳河中。
州长迪克· 索恩伯格命令关闭当地学校,并建议核电厂周围五英里内的孕妇和未满入学年龄的儿童疏散。宾夕法尼亚民防工作人员接到指示,要为周围十英里的十六万五千名居民,拟订疏散计划。
最能说明问题的消息是,在最近的将来,由于种种没有透露的原因,核电厂不能冷却停堆。索恩伯格州长告诉记者说:“我们同你们一样,难于搞清事实真相。我们收到的是互相矛盾的报告。我们的职责是保护宾夕法尼亚公民。为了保障他们的安全,我们需要确切的情况报告。”
当天晚些时候,核管理委员会的丹尼斯·克拉奇菲尔德举行了情况介绍会。会上,他透露说,反应堆压力壳内有着一种不凝气泡的压力,气泡最大体积为一千八百立方英尺。他解释说,为了进一步降低一回路压力,达到冷却停堆,这就可能使气泡往下膨胀,也许会再次暴露反应堆堆芯。气泡中的含氢量越来越大,使危险性又进一步增加。当星期四这情况初发现时,氢只占百分之一点九。可是,到了星期五晚上,气泡含氢量已达百分之二点六。人们计算,百分之四的浓度就可以引起燃烧。一般认为,含氢量达百分之十时,就有可能引起强烈的氢爆炸。
核管理委员会业务和支援部主任达德利· 汤普森他第一个暗示,气泡问题可能会引起熔毁。几小时后,他修改了他的说法,他说:“燃料组件可能会发生有限的和局部的熔化。”
“气泡引起了人们的惊奇,”布鲁克黑文国立实验所热反应堆安全处处长梅尔文 ·M · 莱文博士说。“在日常运行中,水中是有氢的;它的形成是由于水的辐射分解。此外,氢经常要加到水中,和氧结合。否则,氧会使金属部件氧化。可是使我迷惑不解的是,那里竟会有这么多的氢。”
他告诉本刊记者说:“可能的情况是,如果水经过破裂的包壳和燃料芯块接触的话,那么辐射分解就会进一步增多。记住,放射出带电粒子的芯块裂变物会使水分解。β发射体很善于干这种事。”
核管理委员会反应堆管理部主任哈罗德· 丹顿在周末解释说,由于在一回路中提高水的循环速度,气泡问题正在得到解决。水涌过气泡时,就带走了氢分子。这些氢化水沿着通常的路线流出反应堆压力壳、通过主回路、进入稳压器。从那里,氢蒸汽和氙气逐步流到安全壳圆顶部。到星期日,大约三分之一的气泡以这种方式消失了。气体一旦在安全壳建筑物内,就可吸入到两个氢气复合器中。这些氢气复合器工人们现在正用铅砖予以覆盖。
关于有可能发生爆炸危险的气泡的戏剧性事件使该委员会在星期六情况介绍会上的证实显得黯然失色。在会上,它证实,星期三晨,反应堆压力壳内发生了一次小型氢爆炸。压力壳没有破裂,据认为,对燃料棒的破坏也是极小的。核管理委员会说,它在星期五晚上才第一次知道这事件;因此不愿再说什么话。
星期一晨,丹顿透露了好消息,气泡已降到五十立方英尺。气泡是下降了,争论却上升了。
科学家关心社会协会发表了政府文件,表明三里岛操作人员知道他们的两个巴布科克-威尔科克斯核电厂经常发生故障,并且在七个月前就接到警告说,在加利福尼亚的萨克拉门托附近,工人们已遇到同样的巴布科克- 威尔科克斯反应堆停堆的严重问题。据核管理委员会文件说,Rancho Seco反应堆的操作人员在去年八月间汽轮机停机后,对核电厂的控制,遇到“极大的困难”。
在Rancho Seco反应堆操作过程中也经历了一些同三里岛事件相类似的问题,包括阀阻塞引起危险性的水压下降,主泵失灵后辅助给水泵不能投入,以及一回冷却系统的压力表发生故障等情况。罗伯特· 波拉德以前是委员会的一位工程师。
现在在科学家关心社会协会工作。他说,巴布科克-威尔科克斯冷却系统经常发生故障。这似乎表明,在提供重要的冷却能力方面,这种方法既不稳定,也不可靠。他指责说:“政府'尽管看到红旗'竟会让三里岛核电厂继续发电。”
事实上,核管理委员会检查员J · S · 克雷斯韦尔于一月八日曾正式建议对用巴布科克-威尔科克斯系统的各核电厂就设计、设备等一系列问题进行检查。委员会拒绝了他的报告,说他的发现都是些老问题。
巴布科克-威尔科克斯公司的高级职员避免对日益增多的批评意见作出回答,尽管副总经理约翰·H · 麦克米伦告诉《纽约时报》说,他在此以前就知道二号堆有设备故障以及各种问题。但是他强调说,只有极少数问题与该公司的硬件有关。
到星期三,给水泵发生故障以后一星期,丹顿乐观地说,反应堆很稳定,继续在冷却;但是,他说,危机要等到冷却停堆后才会结束。
核管理委员会、大都会-爱迪生公司以及巴布科克-威尔科克斯公司的工程师们都同意四月底停堆的总计划。这计划是把一回路温度冷却到华氏一百五十度以及把反应堆压力壳内压力降低到大约每平方英寸一百磅左右。在这些低数值上,进一步熔化或损坏包壳的危险就可以消除。
通过在二回路系统中把反应堆热变为蒸汽,然后无害泄放,一回路冷却剂就会逐步冷却。这种操作的第一阶段需要不断使冷却剂去气。这样,当压力降低时,气泡才不会再次产生。
第二,核管理委员会渴望除去存储在辅助建筑物安全箱中的所有气体,把它泵返到安全壳的圆顶部。丹顿说,新的返泵系统可以使辐射发射物至少降低百分之四十。返泵可提供储存空间,以供停堆需要。这种操作也可为有些已放入周围环境中的裂变产物如半衰期为八天的碘-131赢得衰变时间。
自从第一个周末以来,就不断从反应堆中抽气。丹顿说:“去气越多,那么压力降到饱和点以下时,冷却剂闪蒸的危险就越小。”
尽管冷却停堆仍有待完成,大都会-爱迪生公司发言人乔治· 特罗弗断然地说:“不会再出什么问题了。”
但是,三里岛问题只是刚开始,最主要的是处理二十五万加仑强放射性的一回路冷却剂问题。大部分一回路冷却剂已从反应堆基础泵入废水槽,槽内废水一度达六英尺深。
核管理委员会派遣材料安全标准部副主任罗伯特· 伯内罗去哈里斯堡,协调净化计划。他说,他首先要完成的事情之一是从反应堆堆芯中拆除燃料棒;不过他推测,悬在反应堆压力壳上空的一般吊机可能已熔化了,有可能需要设计制造专门工具从堆芯中取出燃料棒束。
另一问题是安全壳圆顶内部氪-85和氙-133的处理问题。这些惰性气体不和其他元素化合,不能用诸如有效吸收碘-131那样的过滤器除去。安全壳建筑物内部由于吸收这些气体以及其他放射性气体和粒子,需要大量的化学去污。很多部件,包括堆芯在内,必须拆换。这可能需要一亿美元。
伯内罗在被问及三里岛是否会成为密闭的混凝土和铅的陵墓时说,他认为这座核电厂可以抢救过来,可是他说,只有到他进入内部后才能知道。
工人和一般居民受到的污染似乎很小。丹顿报告说,有四名工人超过了每季度三雷姆的限量。另外十五名则接近这个数字。可是,由于新季度于四月一日才开始,因此,这些工人仍然在上班。
至于居民,丹顿在米德尔城记者招待会上说,这次事故放出了大约一居里的气载碘-131。从当地的牛奶中取样,发现最高含量为每公升三十一微微居里(31×10-12居里)。食品和药物管理局规定的最大可允量为每公升一万二千微微居里。
除了碘-131外,在低放射性废水还发现钻-60和铷-86。这些废水直到星期二为止一直倾倒在萨斯奎哈纳河中。大都会 - 爱迪生公司应核管理委员会的要求,停止了废水的这种排放。
卫生部长约瑟夫· 加利法诺告诉华盛顿参院小组委员会说,核电厂周围五英里居民自从星期三事件来受到的辐射量最高达八十毫雷姆,而一般的宾夕法尼亚人每年受到自然环境的辐射量大约为一百毫雷姆。加利法诺说,宾夕法尼亚中部地区癌症死亡的人数预料不会由于这场事故而增加。但是他承认:“癌症和低量辐射之间的关系,目前有很多仍然是不能确定的。”
[本文选自New Scientist1979年4月19日。强增吉杨昇鸿校]