“熔堆”（meltdown）事故被认为是核反应堆最终的事故。美国宾夕法尼亚州三里岛核电站2号核反应堆在1979年3月28日清晨大约经历了三个小时以后，终于酿成了一场接近熔堆的灾难性事故。

设想在最坏情况下，一场熔堆事故发生的情景：熔堆事故首先是由于燃料周围循环冷却水的失水而造成的。这时温度急剧上升，高温使金属与水发生化学反应，又产生了更多的热量。大约到3600华氏度（注：相当于约2000摄氏度），燃料棒外的包壳开始熔化；到了5080华氏度（约2800摄氏度），核燃料也开始熔化了。熔融物质烧穿了包围在堆芯周围而熔点比二氧化铀核燃料低得多的不锈钢压力壳；接着，又烧穿了安全壳大厅的混凝土基础。从这里，熔融的燃料以浓密的放射性气体、粉尘和水蒸气的形式向核电站周围大气中逃逸出去。甚至还可以推测到，如果熔融物接触到地下水，就会发生爆炸，喷发出具有强烈放射性、令人致死的水蒸气和裂变产物，散布到附近的广大区域。

这就是通常可为人们接受的——也是有争论的——可怕的熔堆事故情景的描述。但是，迄今为止，世界上还没有地方真正发生过一次这样全面的熔堆事故。对于核反应堆芯在这种极端环境下的性能，还鲜为人所知，仅仅是初步根据计算机模型的推测。在计算机存储的数据中，一部分是基于假设；并认为某些事故是不可能发生也不可能遇到的。因此，以往三里岛核反应堆的运行人员所受的训练，也只限于处理仅为联邦政府法规所承认以及核电工业界认为可能发生的性质的某些事故。

最近，由爱荷达州国立工程实验室从三里岛2号堆芯取出的碎片进行研究表明，堆芯的最高温度曾达到过5100华氏度（约2800摄氏度）。这就远比早先的发现为高。在反应堆正常工作的情况下，堆内燃料丸所达到的最高温度为2500华氏度（1370摄氏度），检查出新的最高温度的这份初步报告是基于分析了七个燃料试样后提出的。试样是在1983年秋用遥控设施从堆芯提取的。虽然，每个试样只有1毫米直径，仅代表整个堆芯巨大容积中微不足道的一小部分，但据推测，这是反应堆发生事故时，最初一个小时烧灼温度的准确记录。在这一温度之下，据信可烧毁堆芯的一半以上。

三里岛2号反应堆的概况

核电站的运行包括从反应堆芯产生热量，发生蒸汽，推动汽轮机而发出电力。2号堆的堆芯约装有10 G吨二氧化铀核燃料，制成截面积大致为半平方英寸（注：高约1英寸）的圆柱形丸片，一个接着一个地叠装在细长（长12英尺）的锆合金包壳管内。燃料棒就是由这些管盛装放射性裂变材料制成的。2号反应堆共有这样的燃料棒36，816根，排列成177个伞形燃料组件，然后组成堆芯。闭环系统的冷却水在燃料棒周围流转，进行冷却。燃料棒的近旁，还安插有测量棒（52根）和控制棒（船根）。控制棒内装有化学“毒物”材料（注：由80%银、15%铟、和5%镉组成），能吸收中子，调节核裂变过程。通过控制棒的提升或插入，可使反应堆处于受控状态。

三里岛2号核反应堆的堆芯装在40英尺高，由8.5英寸厚不锈钢板制成的，称为压力壳的圆柱形反应堆容器内。压力壳又设置在壁厚达4英寸内衬厚钢板的钢筋混凝土安全壳大厅内（注：2号堆的安全壳大厅为圆顶形建筑物，高193英尺）。由于它的位置距哈里斯堡市飞机场跑道端头仅2.5英里，在设计三里岛核电站的安全壳大厅时，考虑了能承受一架2万磅重的波音727客机以200浬时速飞过时所产生的直接冲击波。

关于事故性质的争论和现场清理

以往对反应堆达到的温度的估计，分歧很大。有些专家从理论上推测，几乎立即判定堆芯已非常接近熔化的温度，而另外一些专家则宣称，燃料和反应堆的主要放射性屏蔽能力没有受到破坏。（有关方面）对燃料所达到温度的兴趣，已远远超出纯学术性探讨，在核电站安全问题上引起一场较大而持久性的争论中起关键性的作用，使三里岛电站的恢复在纷争中拖延下来。

虽然，迄今为止，美国官方没有发表过正式公告，但一般已意识到政府和工业专家已暗示三里岛的2号反应堆必须报废。但是殃及到另一座相邻的1号反应堆。该堆在2号发生事故时正在停堆添加燃料。虽然安然无恙，却被牵连至今不允许开堆发电，而仍处在停堆之中（注：三里岛核电站共有两座核反应堆，即1号堆和2号堆，总容量为170万千瓦）。公用事业部门官方估计，要清理2号反应场现场，需花代价将高达10亿美元。但这个庞大的预算从许多方面看来，仍然认为是不现实而不敷所需的。至今几年来大约已花了上述代价的一半。仅完成恢复工作的三分之一。其余三分之二的工程量——包括清除最危险的堆芯的大量工作——要留待以后去做。

对于2号堆堆芯的损坏程度，在事故发生时，根据当时提供的信息，认为反应堆内只百分之一燃料受到损坏。而几年来通过在压力壳内用闭路电视遥摄图像进行燃料状态的研究，和爱达荷州实验室的试样分析，可以推定2号堆事故后损坏的堆芯分为三层。当把其中每一层从压力壳内清除出来时，都要涉及解决一些技术问题。第一层是顶上的碎片，像砂砾一样，可以用管子吸出。碎片下面是熔融的燃料，固结为一块。如果这块是很大的话，将它拆除将是很困难的，必须用特殊的工具将它击碎。第三层在堆芯底部，将是燃料棒和残端部分。通过电视摄像看到有些燃料棒仍然堆在那边，而熔融物质会流入燃料棒残端的中间，可能熔在一起。由于损坏的大块处在堆芯的中部，从压力壳外部看来几乎完好未损，这就是2号堆的不锈钢压力壳从外部看来似乎丝毫未受损坏的道理。

虽然，长时间来利用实验反应堆模拟过各种事故，也遇到过一些包括燃料部分熔融在内的核事故。但是，却从没有模拟过一件复制三里岛发生的同样综合性或同样规模的事故。因此，三里岛已为美国国内核电界提供了一个巨大的实验室。将可利用它对过去计算机完成的设计项目和小规模研究的成果进行校验。通过这一校验，可以得到一批新的设计计算公式和一批扩大的数据。三里岛堆芯的发现将为计算机分析的一系列扩展提供基础，包括将来建造更高的堆芯温度和具有更严酷事故条件的反应堆。

美国能源部已意识到三里岛提供的这个独特的研究机会的重要性。承诺拨款1.89亿美元进行核燃料损坏和堆芯清理方法的开发研究。这在其他的技术问题上是没有先例的。

事故发生经过

这座容量为88万千瓦的2号反应堆坐落在瑟斯奎哈那河（Susquehanna River）的一个岛上，在宾夕法尼亚州哈里斯堡市的东南相距12英里处。它与另一座孪生的未损坏的1号反应堆同属压水型堆，是拔柏葛公司制造的，造价7亿美元，在1978年12月30日投入商业运行。事故发生的那天清晨，反应堆由于单独的、非放射性系统的过滤器发生堵塞而导致自动停堆。

当时三里岛核电站的三名运行人员正在汽轮机房，试图疏通一根被树脂堵塞的管道。这根管道是从称为冷凝水精制器的软化水装置引出，通往接收槽的。几名修理工不能成功地疏通堵塞的管道已经历了十一个小时了。早晨4点过37秒时，三名运行人员突然听到控制台发出警报，接着就听到很响的雷鸣般的响声，这就是反应堆实现紧急自动停堆。

这时他们在努力维护过滤系统使之继续工作的当口，事故却悄悄地进一步发展了。进入蒸汽发生器的水量一再减少，造成反应堆的自动停堆。但自动停堆并没有停止事故的发展，由于蒸汽发生器缺水，使压力壳内压力边界的压力继续上升，导致稳压器的释放阀开启。而释放阀开启后又发生了故障，被持续地卡住在开启状态下不来。于是使冷却水不断地流出反应堆的压力壳外，使燃料棒周围的有效冷却介质停止供应。

以后的几个小时就是人与机器间的一场混乱的对抗游戏。自动紧急事故保护系统被操作员的监控解除了。用于冷却过热的燃料事关重大的水却通过释放阀流出去，但没有一个人知道释放阀被卡住而在持续开启中。而添加高压注入的冷却水却被控制室的运行员错误地关闭阀门而挡回去了。大量的水蒸气存留在燃料的周围阻挡冷却水进入循环。

于是堆芯暴露在水蒸气包围之中。结果温度上升了。控制室内的计算机接收了许多偏离正常的信号，但因并未在计算机存入解决这些矛盾的指令，不能指示堆内的状况。由于信息过载，开始打出一行行的问号。在集中的混乱中间，检测仪器却对堆内的温度有准确的测量和指示。堆内设置的许多热电偶指示出超常的高温，现在证明是完全准确的。可是，反应堆的运行员没有受过了解热电偶指示的重要意义的训练。由于这一点，再加上温度指示是如此之高，竟使控制室内没有一个人相信这一温度指示是可靠的。如果他们早一点意识到：释放阀可能被卡住，而迅速采取措施使堆芯浸没在水中，则至少某些损坏可避免，或情况会好得多。

堆芯的大部分损坏据信是发生在最初的3个小时内，但至少又经历了16个小时，才使冷却水充盈地灌注入堆内。行员知道堆芯有了严重的问题了。但是，直到第二天、才对严重性有了明确的概念。他们从堆内一百万加仑的冷却水中取出3?英两的水样，发现水样具有非常强烈的放射性，才使他们得出唯一的结论：锆合金包壳已经熔化，二氧化铀燃料也开始熔化了。

三里岛事故不是唯一的一次核事故

虽然，三里岛事故已被列为美国商用核电站发展史上最恶劣的一次事故，但它不是这个国家第一次严重的反应堆事故，1961年1月，政府创办的一座设在爱荷达州边远地区国立反应堆实验站的3万千瓦沸水堆，因操作人员不慎，将控制棒全部抽出堆外。造成反应堆超临界而燃料熔化，然后蒸汽爆炸，带出大量裂变产物，造成三名工人死亡。他们即使不被炸死，所接受的辐照剂量也足以至于死命。1966年密执安州一座恩里柯 · 费米（Enrico Fermi）增殖堆的事故，造成部分熔堆。底特律市南30英里一座20万千瓦反应堆是美国原子能委员会（AEC）所资助，目的为鼓励公用事业建造核电站的指导性装置，也出过事故。1959年另一座较小的设在洛杉矶的郊外的AEC反应堆，由于失水造成过熔堆事故。

三里岛的现状和症结

由于财政上、政治上和官僚主义的原因，使三里岛的现场清理工作拖延下来了。而政治和官僚主义的障碍，互相纠缠，看来是难以对付的。三里岛事故引起一大堆法律上的质询，这些质询不断地来自法院和核管理委员会。以贯彻核电安全标准为名的非营利团体科学家联谊会和地区的公民团体密切地监视反应堆的清理工作，成为固执的反对者。

这几年里，规范贯彻和监督的大部分精力集中在三里岛的未损坏的1号堆上。公用事业公司谋求核管理委员会批准，使1号堆重新开车。因为这是使该公司获得急需的财务收入的一项重要措施。但是，要重开1号反应堆却招来了一片抗议声。反对者坚持要求，必须首先解决有关三里岛1号反应堆安全的关键性问题，和运行人员是否称职的问题，否则1号堆必须继续停闭下去。

对于2号堆，1984年8月宾夕法尼亚州州长迪克 · 桑柏尔说，非要首先对2号堆的清理工作筹足所需的资金，保证附近居民安全而充分的应急方案得到批准，和公用事业公司的运行人员和他们的上级领导对操作处理不当问题进行深刻检查并获得谅解，否则绝无什么决定可言。

应急计划的充分性对于三里岛附近居民说来，是特别关注的。在事故发生后，据估计有140，000个宾夕法尼亚居民迁出周围地区。促进这一疏散工作的匆促进行，是当时存在一片混乱——包括官员和群众，对于反应堆的状况暧昧不明，和传闻决定要向大气排放放射性氡气的可怖消息。

2号反应堆芯最高温度的新发现，无疑会给争论的双方所利用：一方说，三里岛的事故肯定了核电的一般安全性；另一方则争论说，2号堆和所有其他反应堆都是不安全的，而且构成威胁。

一些专家研究了最近堆芯最高温度的测定，肯定了反应堆的安全性，认为其重大意义在于燃料可达到高温而不破坏反应堆的结构。这些高温看来并不影响反应堆的压力壳。压力壳的完整性看来全然不受高温的威胁。

另一部分对此抱不同的见解，认为研究工作仅肯定了对于事故中反应堆知道和理解得太少。必须把堆芯全部卸出；送到实验室以查明发生了什么。这需要花五年的时间。因此认为它并不能有利地反映出我们掌握当前尖端技术知识和预测事故结果的能力。

现在美国核学会的权威们呼吁对美国现行（核电站）规范必须重新审查，特别是考虑那些发生频率很低的事故。因为否则的话，可以说在将来很长时间内，社会上不会有兴趣在假设“实际上不可能发生”的事故基础上去设计、操作和调节核电站。

是的，直到1979年3月以前，人们还是认为像三里岛发生的当时相信实际不可能发生的事故是不值得考虑和没有必要加以计划的。

[Science Digest，1985年6月]

________________

译者注：文中部分所注数据系根据1979年10月30日专门委员会向美国卡特总统所作的报告《美国三里岛核电站事故调查报告》（电力工业部科学技术情报研究所1980年6月译）一文。文内小标题是译者加的。