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福岛核事故后果初步评价与思考 张立国 曹建主 薛大知 曲静原 童节娟 （清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084） 摘要：东日本的大地震引发的海啸造成日本福岛第一核电站发生严重核事故，引起了国内外社会广泛关注。本文对此次核事故放射性源项和事故所致后果进行了大致评价与预测。与后续事故发展情况相比较，本文评价工作从整体上把握了事故规模及其所致后果。 关键词：福岛核事故 严重事故 源项 后果评价 1. 前言 2011年3月11日，日本发生强烈地震和海啸，引起日本福岛第一核电站长时间全厂断电，致使堆芯长时间失去有效冷却，部分堆芯发生熔融，导致大量放射性物质向环境释放，对环境造成了严重影响。 在通过网络、电视及业内专家交流等信息渠道积极搜集相关信息的基础上，本文依据相关技术对福岛事故后果进行了初步的分析和评价。后果评价工作包括源项确定，放射性事故场外后果两个方面。事故场外后果评价则主要关注早期防护措施的实施范围与事故后的污染情况。 2. 事故源项 2.1事故释放的主要裂变产物的分类及特性 核反应堆中的放射性物质主要是在反应堆正常运行时核燃料裂变产生并累积的几百种放射性核素。沸水堆核电站在发生核燃料元件熔毁的情况下，大量放射性核素会进入反应堆压力容器中的水和水蒸气中，再进一步进入安全壳中。随着安全壳的泄漏或主动泄压过程，放射性核素将通过厂房的破损部分或排气管道释放到环境中。 根据放射性核素的释放方式以及对人体和环境的影响，一般将放射性核素分为若干组，其中，起支配性作用的有三组，即惰性气体（Kr和Xe）、卤素（主要是I-131）和碱金属（主要是Cs-137）。在燃料熔毁的情况下，惰性气体核素几乎全部从燃料中释放出来，而且几乎不能被水和过滤器滞留，因此，如果进一步发生安全壳的泄漏，将几乎全部释放到环境，是放射性烟云外照射的重要贡献者。I-131在事故温度条件下具有很高的挥发性，释放份额也较大，释放到环境后如被人吸入或通过污染食物摄入，将对甲状腺受照剂量构成主要贡献；同时，I-131也会造成较严重的外照射，它是早期受照剂量的主要贡献核素。但是，I-131的半衰期仅8.03天，其辐射影响不会是长期的。Cs-137（以下都简称铯）在事故温度条件下也具有较高的挥发性，释放份额比卤素组（以下都简称碘）要小一些，释放到环境后其短期外照射剂量贡献比惰性气体组要小得多，如被人摄入，将造成内照射剂量，但也比碘的贡献小。由于Cs-137的半衰期长达30年，沉积在地面后造成地面污染，其辐射影响将会是长期的。 2.2事故释放源项的估计 在事故情况下，依据工况和实测数据估计事故源项的主要方法有两种：其一是依据电厂工况估算源项；其二是根据场外监测所得剂量率等数据反推释放源项，。鉴于能够获取的有关福岛第一核电厂事故的信息是十分有限的，尤其是在事故发生初期，两类方法的估算结果都会存在很大误差。 反推事故源项需要较大范围内的详细气象数据、多点连续监测的剂量率（或放射性浓度）数据，同时需要一个较精细的评估模型。首先，详尽的观测数据，在当时是很难及时获取的，尤其是多点监测数据。其次，放射性物质输运与扩散过程受局地气象、地貌、建筑物及沉积情况等因素影响较大，即便是放射性物质是均匀释放的也几乎不可能追踪到烟羽轴线，可何况实际的放射性物质释放是间断的、动态的。再有，定点监测所得剂量率数据受污染物空气浓度分布与地面污染分布影响，难以区分地面污染照射份额与烟云直接照射份额。还有，事故后果计算的简单模式通常是用时间积分空气浓度来预测累积剂量，累积剂量与瞬时剂量率之间就需要换算假定。这多重因素综合在一起使反推源项的方法从数据的可获得性和技术手段方面须面对的困难和不确定性都很大。 根据电厂工况分析源项的方法也有局限。详细的电厂工况参数是无法获得的。一方面是因为事故后受地震、海啸和水淹等因素的影响，电厂的许多测点数据都无法获得，即便获得了部分数据，其正确性也待确认；另一方面是因为即便有那样的数据，类似本文所述的评价工作组的日本境外机构也不能及时获得它们。所以，源项计算只能依据有限的事故情景和关键参数的估计来进行。当然，即便如此，那些关键参数的评估也是比较粗略的。但是相比较而言，采用根据电厂工况估算源项的方法所需数据较少，方法也比较简单，总体上看，还是要可行一些。因此，本文事故释放源项估算采用美国应急响应手册（RTM）中的方法[1]。 RTM方法依据释放类别和几个与源项释放相关的重要参数确定释放源项。表1给出了释放类别与堆芯释份额之间的关系，放射性物质向一回路的释放类型分为正常泄漏，尖峰释放、间隙释放和堆芯熔化释放。其中堆芯熔化释放又根据压力壳熔穿与否分为两类。显然，日本福岛核事故中已经发生了氢气爆炸，证明堆芯内发生了严重的锆水反应，产生了大量氢气，因此释放类别应该估计为堆芯熔化释放，