早报记者 韩晓蓉

　　王德忠

　　上海交通大学核电技术与装备工程研究中心副主任，

　　教授、博士生导师。

　　问：一个反应堆失去冷却能力意味着什么？

　　答：由于地震，核电站用电系统出现故障，其中最关键的部件冷却剂泵也断电失效了，核电站的堆芯是热量产生的部位，堆芯里的U235发生可控裂变反应后产生了大量的热能，需要通过冷却剂——也就是水带走的，所以冷却剂需要非常大的流量和流速，才能及时带走堆芯产生的热量，而冷却剂的驱动力，来自于冷却剂泵的不断推动，如果冷却剂泵断电失效，冷却剂就不会流动，堆芯产生的热量就无法带走，堆芯将不断升温直到超过堆芯各材料的熔点而造成堆芯融化。实际上核电站为了防止此类事故的发生，都会有备用的柴油发电机，在冷却剂泵失效后直接代替其驱动冷却剂将产生的热量带走，从而防止堆芯融化，但由于地震，备用的柴油发动机也失效，失去了力挽狂澜的功能，于是冷却剂停止流动，堆芯发生部分融化。就放射性剂量监测结果显示，目前熔融的比例应该是比较小的。

　　问：氢气爆炸是不是核爆？会不会把核电站的保护壳熔化掉？

　　答：氢气爆炸不是核爆，福岛核电站的这个爆炸，并不是核爆炸，而是核电站的氢气在高温下自燃而产生。为什么系统中有氢气？这是因为在高温下，核燃料元件包壳Zr(金属锆)会与水发生反应而释放的氢气，这些氢气排放到安全壳内，和蒸汽产生的高压，当时已经达到安全壳设计压力的1.5倍，必须立即卸压排出部分气体维持压力平衡，于是氢气被排放到安全壳与核电站厂房之间的空间。一般来说，核电站厂房是密闭的，因此氢气含量会不断增加，当到达自爆含量时，就发生了氢爆。而核爆炸，远比氢气爆炸强度大得多，引发的后果也不止是安全壳破损的问题，一个燃料组件里有半吨左右的铀，按照普通燃料3%的富集度，也就是15kg的U235，一个堆芯中一般装载了100个组件，也就是一吨多的U235，如果发生核爆炸，其威力将不亚于原子弹爆炸。核电站反应堆堆芯的安全壳由混凝土和内衬钢壳构成，就像个大帽子一样罩住整个反应堆，氢气爆炸不会把核电站的保护壳熔化掉。

　　问：钢制反应堆安全壳保险吗？

　　答：反应堆堆芯外有三层保护，形成三道屏障，一是不锈钢压力壳里，厚度达到20厘米，除一些通水管道外全部焊死，有相当强的抗压强度；二是压力壳外有一个钢筋水泥材料的安全壳，厚度一般超过1米，安全壳内壁还有1层6毫米左右的钢板；三是核燃料放在一个高合金做成的密封的管子里。有这三道防护，应该说是比较安全的，但遇到高震级的地震和强烈的海啸，防护能力都有一定极限。

　　问：日本向出现险情的核反应堆灌入未经处理的海水，这能起到什么作用？是否铤而走险？

　　答：按照一般情况，是应该向反应堆灌入淡水，海水有盐分，只适合在危急情况下采用，让冷却系统起作用，铤而走险说不上，最坏的情况是，该反应堆将成为废堆。

　　问：氢气爆炸释放出的烟雾是否就是被污染的有核辐射的烟雾？

　　答：氢气是氧和水产生作用，反应堆裂变，氢气爆炸释放出蒸汽，形成烟雾，同时也把堆芯中的放射性物质，如碘和铯带了出来，但这些放射性的物质都是微量的，污染比较小。

　　问：美军直升机在距离核电站100多公里处发现放射性物质(包括碘131和铯137)，这意味什么？

　　答：如上所述，是氢气爆炸释放出蒸汽将少部分放射性物质从堆芯处带了出来，带到了大气中，所以美军直升机发现了这些物质。

　　问：美军和日本的核问题专家最担心的是，本次地震可能造成日本多座核电站将发生“长期而缓慢的泄漏”，整个过程将持续数周乃至1年之久。怎么看这个说法？

　　答：日本应急能力和防范级别还是比较高的，福岛核电站的情况目前已经得到初步控制，福岛核电站和当时苏联的切尔诺贝利核电站的情况不一样，严重程度也不如切尔诺贝利核电站，说本次地震可能造成其他地方的多座核电站也发生类似的情况，只是对后果比较严重的担忧，但从目前的福岛核电站的控制情况来看，可能性不大，长期而缓慢的泄露一说有些过于妄自断言。

　　问：为什么核电站周围居民的疏散范围从10公里到20公里一直在外扩？到底安全距离是多少？

　　答：安全范围是视影响情况而定的，核事故级别分很多种，一般情况下分为七级，一级二级基本不需要防护、三级政府会发出告示，让居民做一些防护措施，如戴口罩，门窗紧闭，不要出来走动，四级及以上属于严重事故，政府会要求民众进行安全撤离，安全范围距离核电站越远相对越安全，但到底多少是安全距离，目前还没有明确的参数，需要警惕的是，放射性物质随着大气漂移，会根据湿度和风向有不同变化，在漂移过程中也会产生沉降，会影响植物和动物，如果人食用了有放射性核素沉降的植物和动物，进入人体中，而核素的半衰期相对长，多少年都不会衰变，对人类的影响可能不是在短时间内显现，而会长期作用，因此，相关部门须警惕食物链对人的影响。

　　新浪科技讯 北京时间3月15日消息，据《英国每日邮报》报道，日本强震海啸引发的核事故让原子能狂热者不可避免地遭到当头一盆冷水。他们一直认为核能是最安全同时最可靠的能源。现在，“熔毁”一个词就让他们不得不重新审视自己的想法。熔毁是核工程师最为担心的事故之一。这一事故具体是指反应堆芯内发生无法抑制的连锁反应，熔化的放射性金属烧穿安全壳，导致大规模放射性裂变产物泄露到周围环境，例如碘-131和锶-90。

　　1979年，部分熔毁导致美国宾夕法尼亚州三里岛核事故，类似的爆炸事故导致了1986年切尔诺贝利核灾难。这两起事故促使公众呼吁放弃建造核电站，仍处在“进行时”的日本核事故则让这种呼声愈发强烈。11日，日本发生历史上震级最大的地震并引发海啸，可能导致数万人死亡，现在的日本已经掉进“原子深渊”。显而易见，1945年后的日本对核能是一种又爱又恨的态度。

　　导致日本福岛核电站发生爆炸的具体原因仍是一个未知数，核电站断电可能是因素之一。核电站的地震探测器在探测到地震之后触发了核电站自动关闭的开关，也就是将硼棒插入反应堆芯，阻止产生大量热量的裂变反应。通常情况下，反应堆燃料会在几天时间里冷却到安全状态，但由于海啸破坏了为反应堆冷却泵供电的当地电网和备用发电机，致使冷却泵无法向核电站泵水。

　　就像汽车发动机冷却器发生泄漏一样，热量开始升高到危险水平。形象地说，核电站就是一个巨大的水壶。核反应堆本身就是能量源，负责产生热量发电。在受控制的裂变反应中，温度可达到数百度。热量由铀等放射性材料的原子发生核裂变产生。这一过程不仅会产生热量，同时也会产生辐射和放射性副产品。通过放射性衰变，放射性副产品也会产生热量。

　　这也就解释了为什么核反应堆停止运转之后，仍会在几天内继续产生热量。如果不采取措施冷却，这些热量足以熔化反应堆芯。在正常运转情况下，所有这些热量都将用于将水加热，所产生的水蒸汽用于驱动涡轮机发电。

　　问题是，你无法立即关闭原子反应堆。炽热的燃料棒需要几天时间才能冷却，需要使用足够的冷却剂才能做到这一点。曼彻斯特大学核专家理查德·维克福德教授13日表示：“如果不使用水冷却燃料，燃料温度达到一定程度便会熔化。如果不对所有燃料进行冷却，将导致大规模熔毁事故。”

　　庆幸的是，由于日本反应堆自身的设计以及当局快速而有组织的反应，这种事故并不会发生。为了防止公众摄入可导致癌症的放射性物质，日本政府向公众发送碘丸。现在，几乎没有任何迹象表明福岛核电站将变成“切尔诺贝利第二”。一种被大打折扣的可能性是，熔化的反应堆芯烧穿地面，在另一端发生泄漏。但即使出现全面熔毁这种可怕事故，也会很快得到抑制并自然冷却。

　　核事故除了对日本自身的影响外，又将对日本以外的地区产生何种影响？在距离海洋如此近的地区建造一系列原子反应堆是否是一种错误的做法？专家们指出，如果整个国家发生地震，核电站无论建在哪都将面临风险。与切尔诺贝利不同，日本核事故不会成为一场国际性事故。日本距离其他任何地区都很远，核辐射不会扩散到日本以外的地区，即使最为可怕的放射性物质碘-131也只有短短8天的半衰期。此外，日本政府与1986年的前苏联政府不同，他们有能力应对和解决核事故。

　　日本政府表示，强震发生后，12日福岛核电站的一座反应堆的顶部被炸飞，放射物泄露出来。这种发展趋势导致人们担心这座反应堆会发生“堆芯熔毁”(meltdown)现象。以后到底会发生什么情况，下面是专家给出的意见。

　　英国曼彻斯特大学核燃料技术系教授蒂莫西·埃布拉姆

　　埃布拉姆说：“通过对核电站周边的空气进行取样，就能知道这次事故到底释放出多少放射物。除此以外，他们还将寻找燃料衰变的证据。如果燃料保存完好，它们释放出来的放射能就会更低，而且这次爆炸可能只是由反应堆回路里的蒸汽越积越多引起的。导致爆炸的罪魁可能是制冷剂，尤其当它是水时，会因为温度过高而迅速转变成蒸汽。”

　　他表示，这次事故可能不会引发更严重的问题，不过这取决于燃料的完整性，核电站的所有放射能几乎都包含在核子燃料里。他认为燃料遭到严重破坏的“可能性不大”。如果燃料确实被毁了，一些放射性材料可能会被释放到初级电路里，然后排进安全壳厂房里，产生压力。他说：“即使最糟糕的情况也不外乎安全壳厂房里的压力达到危险水平，必须被释放出来。你在释放压力的同时，可能会把一些放射性物质释放到环境里。关于这个问题有多种假设。”

　　切尔诺贝利核安全中心副主任瓦尔利·贺莱哈洛

　　国际文传电讯社(interfax)援引这位乌克兰专家的话说：“日本福岛核电站的1号反应堆发生爆炸，但它不是切尔诺贝利核事故的再现。”他表示，日本核电站的反应堆的设计跟切尔诺贝利核反应堆的设计完全不同。“日本拥有现代类型的反应堆。所有裂变产物都会通过安全壳厂房隔离开来。只有气体能排放出去。”

　　贺莱哈洛表示，日本核电站具有抵御地震的能力。“除此以外，这些反应堆是专门为地震多发区设计的，只是这次地震产生的影响已经超出福岛核电站的承受能力。因此，这次事故的后果不会像切尔诺贝利泄漏事故那么糟糕。”

　　代表核工业的180个公司的工业体世界核协会的伊恩·霍雷

　　他说：“这显然是氢气被点燃发生的爆炸。如果氢气被点燃，它不会引起更多威胁。整个事态很严峻，但是氢爆炸并未导致事态进一步恶化。”他表示，这“演变成重大灾难的可能性很小”，他也不认为会发生燃料堆芯熔毁。“这种情况在欧洲时间11日发生的可能性很大。不过现在已经过去24小时，燃料的温度已经降了很多，我认为这个阶段发生堆芯熔毁的可能性非常非常小。”

　　伦敦帝国理工大学材料物理学教授罗宾·格莱姆斯

　　辐射损伤专家格莱姆斯说：“似乎是备用发电机在启动后突然失灵了。这意味着该反应堆里会慢慢积聚热量和压力。结果可能会有大量压力被释放出来。如果这种情况发现，我们的情况就不会这么坏。虽然反应堆的外部结构受损，但是内部的钢结构仍然保持完好，这些结构里面可能含有大量放射物。可能是在释放压力时引发这次爆炸。目前工作的关键是监控这些放射物的水平。”

　　英国萨里大学核子物理学教授帕迪·里根

　　里根说：“最重要的问题是弄明白哪里发生了爆炸。目前还不清楚是什么发生了爆炸。我们不知道发生爆炸的是不是压力容器，不过照目前的情况来看，好像并不是它发生的爆炸。压力容器是盛放所有核燃料的东西，如果就像切尔诺贝利事故一样，是压力容器发生了爆炸，那么应该释放出大量放射性材料。从电视画面上看，并未发现这种情况。”媒体报道指出，该反应堆核心的一小部分核燃料可能已经熔化，不过这种情况并不令人感到吃惊。

　　卡耐基国际和平促进会的核专家马克·黑比斯

　　他说：“我们没有有关这座核电站内部情况的任何消息。这是问题的关键。如果燃料熔化，压力容器可能就会破裂，放射物就会流到电站外面，因为福岛核电站的建筑物存在缺陷。”(孝文)

　　编者按：

　　日本核泄漏事故发生后，美国麻省理工学院科技政策与产业发展中心的博士Josef Oehmen撰写了一篇题为“为什么我不担心日本的核电站”的文章，以相对通俗的话语解释了核安全问题，在网络上流传甚广。不过，因为其主业为“供应链危机管理”(supply chain risk management)研究，因此文章的一些观点也引起了部分读者的质疑。刊发此文主要为读者提供更多资讯，中文译者为V2EX网站上的Livid。

　　我在这里写下这些文字，是为了让大家对在日本发生的事情——核反应堆的安全问题，感到放心。事态确实严重，但是已经在控制范围内。这篇东西很长！但是你读完之后，你会比世界上任何记者都明白核反应堆究竟是怎么回事。

　　核泄漏确实已经发生，但是在将来不会有任何显著的泄漏。

　　“显著泄漏”大概会是个什么程度？打个比方说，可能比你乘坐一趟长途飞行，或是喝下一杯产自本身具有高程度自然辐射地区的啤酒，所受到的辐射要多一些。

　　我读了自从地震发生以来的所有新闻报道。可以说几乎没有一篇是准确或是无误的(当然也可能是因为地震发生之后在日本的通讯问题)。关于“没有一篇是无误的”，我并不是指那些带有反核立场的采访，毕竟这在现在也挺常见的。我指的是其中大量的关于物理和自然规律的错误，及大量对于事实的错误解读——可能是因为写稿子的人本身并不了解核反应堆是如何建造和运营的。我读过一篇来自CNN的3页长度的报道，每一个段落都至少包含一个错误。

　　接下来我们会告诉大家一些关于核反应堆的基本原理，然后解释目前正在发生的是什么。

　　福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆”(Boiling Water Reactors)，缩写BWR。沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅类似。核燃料对水进行加热，水沸腾后汽化，然后蒸汽驱动汽轮机产生电流，蒸汽冷却后再次回到液态，再把这些水送回核燃料处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是250摄氏度。

　　上文提到的核燃料就是氧化铀。氧化铀是一种熔点在3000摄氏度的陶瓷体。燃料被制作成小圆柱(想像一下就像乐高积木尺寸的小圆柱)。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金(熔点2200摄氏度)制成的长桶，然后密封起来。这就是一个燃料棒(fuel rod)。然后这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元，接着这些燃料单元被放入反应堆内。所有的这些，就是一个核反应堆核心(core)的内容。

　　锆锡合金外壳是第一层护罩，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。

　　然后，核心被放入“压力容器”中，也就是我们之前提到的蒸汽压力锅的比喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大锅，设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。

　　一个核反应堆的所有的这些“硬件”——压力容器，各种管道，泵，冷却水，被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。第三层护罩的设计，建造和测试只是为了一个目的：当核心完全熔融时，将其包裹在其中。为了实现这个目的，在压力容器(第二层护罩)的下方，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，这一切都在第三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核心熔融，压力容器爆裂(并且也最终融化的话)，这个大碗就可以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料能够向四周铺开，从而实现散热。

　　在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将各种风吹雨打挡住的外壳(这也是在爆炸中被毁坏的部分，我们稍后再说)。

　　福岛第一核电站1号机确实是通用电气的Mark I型沸水堆。新闻里露出钢筋的部分是最外部的厂房，里面的安全壳应该没事。

　　核反应的一些基本原理

　　铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子，这样就产生热量及中子(构成原子的一种粒子)。当中子撞击另外一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。 而现在的情况是，当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热，然后在45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困难的(不信你们可以去问问伊朗)。当年切尔诺贝利的情况是，爆炸是由于大量的压力积攒，氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩，接着将大量的融化的核心挥洒到了外界(就像一颗 “脏弹”)。这样的情况为什么在日本没有发生，及为什么不会发生，请继续看下面。

　　为了控制链式反应的发生，反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的：当一切正常运转时，所有的控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量(并转化为蒸汽和电力)，并且在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。

　　而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后，核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止，但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品，比如铯和碘同位素，这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子，然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中，也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生(在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了)，所以它们的数量会越来越少，然后在衰变结束的过程中，大约几天时间内，核心就会最终冷却下来。

　　目前让人头痛的就是这些余热。实如此，所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。这一切，无论我们看起来多么不可思议，但却是反应堆操作员的培训的一部分——从日常运营到控制一个要融化的核心。

　　于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最后，如果冷却系统无法恢复，核心就一定会融化(在几个小时或是几天内)，然后最后一层防线——第三层护罩及护罩内的大碗，就将经受考验。

　　但是此时最重要的任务是在核心持续升温时控制住，并且确保第一层护罩(燃料棒的锆锡合金外壳)，及第二层护罩(压力容器)能够保持完整并尽可能多工作一段时间，从而让工程师们能够有足够的时间修好冷却系统。

　　既然让核心冷却是那么重要的事情，因此反应堆内实际上有多个冷却系统(反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆核心隔离冷却系统，备用水冷系统，及紧急核心冷却系统)。而究竟哪一个失效了或是没有失效在此时无法得知。

　　所以想像一下，一个在炉子上的压力锅，持续地，慢慢地在进行加热。操作员在采取各种手段去消除其中的热量，但是锅内的压力在持续上升。于是当务之急是保住第一层护罩(熔点为2200摄氏度的锆锡合金)，及第二层护罩——压力容器。而为了保住第二层护罩，其中的压力就需要时不时进行释放。因为在紧急时刻进行压力释放是一件重要的事，所以反应堆共有11个用于释放压力的阀门。操作员开始通过时不时地旋松阀门来释放压力容器内的压力。此时压力容器内的温度是550摄氏度。

　　这就是关于“辐射泄漏”的报道开始的时刻。我在上文中解释了为什么释放压力的同时实际上会释放第二类放射性物质(主要是N-16和氩)，及为什么这样做其实毫无危险。放射性氮元素和氩对于人类健康没有威胁。

　　就在旋松阀门的过程中，发生了爆炸。爆炸发生在第三层护罩外部，反应堆厂房内。反应堆厂房不具有隔绝放射性物质的功能。虽然目前并不清楚到底发生了什么，但是这是一个很有可能的场景：操作员决定让压力容器内的蒸汽释放到厂房内，而不是直接到厂房外部(这样可以让放射性元素有更长的时间用于衰变)。而问题在于，由于核心内的高温，水分子会分解为氧和氢——一种易爆混合气体，于是也确实在第三层护罩外爆炸了。历史上也曾发生过一次类似的爆炸，不过是在压力容器内(因为压力容器没有设计好并且操作失误)，进而导致了切尔诺贝利事件。而福岛核电站不会有这样的问题。氢氧混合气体是在设计核电站时需要考虑的一个巨大问题，因此反应堆在建造时就考虑到了不能让这样的爆炸发生在护罩内部。如果在护罩外部爆炸了，虽然也不是设想中的状况但是可以接受，因为即使爆炸了也不会对护罩产生影响。

　　因此，在阀门被旋松时，压力得以控制。而现在的问题时，如果水一直沸腾的话，那么水位就会持续下降。核心大概被几米深的水覆盖，使得其能够在空气中暴露前坚持几个小时或几天。而一旦没有水覆盖，那么暴露的燃料棒就会在45分钟后达到其2200摄氏度的熔点。而这样就会导致第一层护罩，燃料棒的锆锡合金外壳融化。

　　而这样的事情正在开始发生。冷却系统无法在燃料棒开始融化前恢复运转，不过燃料棒中的核燃料此时依然是完好的，包裹燃料的锆锡合金外壳已经开始融化。而目前正在发生的，就是一些铯和碘同位素开始随着释放出来的蒸汽，泄漏到反应堆外。最严重的问题——铀燃料，目前依然是受控的，因为氧化铀的熔点在 3000摄氏度。目前已经确认的是，检测到有一部分铯和碘同位素随着蒸汽泄漏到了大气中。

　　这似乎是一个启动“B计划”的信号。通过在大气中检测到的铯和碘同位素，操作员可以确认某一根燃料棒的外壳(第一层护罩)已经存在破损。“A计划”在于恢复某个常规冷却系统。为什么这个计划失败目前并不清楚，而一种可能性是海啸冲走或是污染了所有用于冷却系统的纯净水。

　　用于冷却系统的给水是非常纯净的，去除了所有矿物质的水。使用纯净水的原因在于：纯净水很大程度上不会被激活，因此可以保持相对无辐射。而如果是脏水，那么更容易捕获中子，进而变得更加具有放射性。这不会影响到核心——因为核心不会被冷却水影响。但是会使得操作员更难处理这些具有轻度放射性的活化水。

　　但是“A计划”失败了——系统无法冷却，并且也没有额外的纯净水。因此“B计划”被启动。而这就是目前正在发生的：

　　为了避免核心融化，操作员开始使用海水来冷却核心。我不是十分清楚，他们是用海水浸泡住压力容器(第二层护罩)，还是淹住反应堆外壳(第三层护罩)。不过这个不是我们现在要讨论的。

　　要点在于核燃料现在确实已经冷却下来了。因为链式反应早就已经停止，所以目前只有非常少量的余热在产生。已经使用了的大量冷却水可以带走这些余热。因为是注入了大量的水，所以目前核心已经无法再产生足够的热量去大幅度提升压力。并且，海水中加入了硼酸。硼酸是一种“液体控制棒”。无论发生什么样的衰变，硼都可以捕获产生的中子并进一步加速核心的冷却。

　　福岛核电站曾经十分接近核心融化。但是，目前最坏的情况已被避免：如果没有将海水注入，那么操作员就只能继续旋松阀门以释放压力。第三层护罩必须完全密封，以避免其中发生的核心融化泄漏出任何的放射性物质，然后会经过一段等待期，等待护罩内的裂变副产品完成衰变，所有的放射性粒子会附着在护罩内壁。冷却系统最终会被恢复，融化的核心也会冷却至一个可控的温度。护罩内部会被清理。然后需要做一项棘手肮脏的事情——将融化了核心移出，将凝固了的燃料棒及燃料一块一块地装入运输装置，运送到核废料处理厂进行处理。根据损坏状况，核电站的这块区域需要进行修理或是彻底拆除。

　　核反应堆内的第一类放射性物质就是燃料棒中的铀元素，及放射性副产物铯和碘同位素。这些物质都在燃料棒内部。

　　而除此之外，还存在第二类放射性物质，产生于燃料棒外部。而首先需要说明的是，这些外部的放射性物质的半衰期都非常短，这意味着它们会在很短的时间内衰变为没有放射性的物质。“很短”的意思就是几秒。所以即使这类放射性物质被释放到自然环境中，它们也是毫无危害的。为什么呢？因为大约就在你读完“R-A-D-I-O-N-U-C-L-I-D-E”的这几秒内，这类物质就衰变到完全不具有放射性了。这类放射性物质就是氮-16(N-16)，也就是氮气(构成大气的气体之一)的具有放射性的同位素。另外就是一些稀有气体比如氩。但是这些物质是如何产生的呢？当铀原子裂变时，会产生一个中子。大部分的这些中子都会撞击到其他的铀原子，由此链式反应就一直持续发生。但是其中的一些会离开燃料棒并撞击到水分子，或是冷却水中的空气。然后，一个不具有放射性的元素就会“捕获”这个中子，并变得有放射性。而就如前文所述，在数秒内它就会衰变到它本来的面目。

　　上面所描述第二类的放射性物质在我们接下来要讨论的核泄漏中非常重要。

　　福岛到底发生了什么

　　接下来我会试着去总结目前的主要事实。冲击核电站的地震的威力是核电站设计时所能承受的威力的五倍(里氏震级之间的放大倍数是对数关系，所以8.9级地震的威力是8.2级，即核电站的设计抗震威力的5倍，而不是0.7的差异)。所以我们首先为日本的工程技术水平喝彩，至少一切目前是保下来了。

　　当8.9级地震冲击核电站时，所有的反应堆就自动关闭了。在地震开始后的数秒内，控制棒就插入到了核心内，链式反应即刻中止。而此时，冷却系统就开始带走余热。这些余热相当于反应堆正常运转时产生的3%的热量。

　　地震摧毁了核反应堆的外部电力供应。而这是核反应堆能够遇到的最严重的故障之一，因此，在设计核反应堆的备用系统时，“电站停电”是一种被高度关注的可能性。因为核反应堆的冷却泵需要电力以维持运转。而反应堆关闭后，核电站本身就不能产生任何电力。

　　在地震发生后的一小时内一切情况是平稳的。为紧急情况而准备的多组柴油发电机中的一组启动，为冷却泵提供了所需的电力。然后海啸来了，比核电站设计时所预料的规模要更巨大的海啸，摧毁了所有的柴油发电机组。

　　在设计核电站时，工程师们所遵循的一个哲学就是“纵深防御”。这意味着你首先需要为了你能够想象到最灾难的情况设计防卫措施，然后为了你觉得可能绝对不会发生的子系统故障设计方案，以确保即使这样的可能绝对不会发生的故障发生后，核电站依然可以安全。而一场巨大的摧毁所有柴油发电机组的海啸就是这样的一种极端情况。而所有的防卫的底线就是前面提到过的第三层护罩，将一切可能发生的最糟糕情况——控制棒插入或者未插入，核心融化或者未融化——容纳于其中。

　　当柴油发电机组被冲走后，反应堆操作员将反应堆切换到使用紧急电池。这些电池被设计为备用方案的备用方案，用于提供给冷却系统8个小时所需的电力，并且也确实完成了任务。

　　而在这八个小时内，需要为反应堆找到另外一种供电措施。当地的输电网络已经被地震摧毁。柴油发电机组也已经被海啸冲走。所以最后通过卡车运来了移动式柴油发电机。

　　整个事件从这一刻起开始变得糟糕。运来的柴油发电机无法连接到电站(因为接口不兼容)。所以当电池耗尽后，余热就无法再被带走。

　　在这个点上反应堆操作员开始按照“冷却失灵”的紧急预案进行处理。这是“纵深防御”中的更进一层。理论上供电系统不至于彻底失效，但是现实如此，所以操作员们只能退到“纵深防御”中更进一层。这一切，无论我们看起来多么不可思议，但却是反应堆操作员的培训的一部分——从日常运营到控制一个要融化的核心。

　　于是在这个时候外界开始谈论可能发生的核心熔融。因为到了最后，如果冷却系统无法恢复，核心就一定会融化(在几个小时或是几天内)，然后最后一层防线——第三层护罩及护罩内的大碗，就将经受考验。

　　但是此时最重要的任务是在核心持续升温时控制住，并且确保第一层护罩(燃料棒的锆锡合金外壳)，及第二层护罩(压力容器)能够保持完整并尽可能多工作一段时间，从而让工程师们能够有足够的时间修好冷却系统。

　　既然让核心冷却是那么重要的事情，因此反应堆内实际上有多个冷却系统(反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆核心隔离冷却系统，备用水冷系统，及紧急核心冷却系统)。而究竟哪一个失效了或是没有失效在此时无法得知。

　　所以想像一下，一个在炉子上的压力锅，持续地，慢慢地在进行加热。操作员在采取各种手段去消除其中的热量，但是锅内的压力在持续上升。于是当务之急是保住第一层护罩(熔点为2200摄氏度的锆锡合金)，及第二层护罩——压力容器。而为了保住第二层护罩，其中的压力就需要时不时进行释放。因为在紧急时刻进行压力释放是一件重要的事，所以反应堆共有11个用于释放压力的阀门。操作员开始通过时不时地旋松阀门来释放压力容器内的压力。此时压力容器内的温度是550摄氏度。

　　这就是关于“辐射泄漏”的报道开始的时刻。我在上文中解释了为什么释放压力的同时实际上会释放第二类放射性物质(主要是N-16和氩)，及为什么这样做其实毫无危险。放射性氮元素和氩对于人类健康没有威胁。

　　就在旋松阀门的过程中，发生了爆炸。爆炸发生在第三层护罩外部，反应堆厂房内。反应堆厂房不具有隔绝放射性物质的功能。虽然目前并不清楚到底发生了什么，但是这是一个很有可能的场景：操作员决定让压力容器内的蒸汽释放到厂房内，而不是直接到厂房外部(这样可以让放射性元素有更长的时间用于衰变)。而问题在于，由于核心内的高温，水分子会分解为氧和氢——一种易爆混合气体，于是也确实在第三层护罩外爆炸了。历史上也曾发生过一次类似的爆炸，不过是在压力容器内(因为压力容器没有设计好并且操作失误)，进而导致了切尔诺贝利事件。而福岛核电站不会有这样的问题。氢氧混合气体是在设计核电站时需要考虑的一个巨大问题，因此反应堆在建造时就考虑到了不能让这样的爆炸发生在护罩内部。如果在护罩外部爆炸了，虽然也不是设想中的状况但是可以接受，因为即使爆炸了也不会对护罩产生影响。

　　因此，在阀门被旋松时，压力得以控制。而现在的问题时，如果水一直沸腾的话，那么水位就会持续下降。核心大概被几米深的水覆盖，使得其能够在空气中暴露前坚持几个小时或几天。而一旦没有水覆盖，那么暴露的燃料棒就会在45分钟后达到其2200摄氏度的熔点。而这样就会导致第一层护罩，燃料棒的锆锡合金外壳融化。

　　而这样的事情正在开始发生。冷却系统无法在燃料棒开始融化前恢复运转，不过燃料棒中的核燃料此时依然是完好的，包裹燃料的锆锡合金外壳已经开始融化。而目前正在发生的，就是一些铯和碘同位素开始随着释放出来的蒸汽，泄漏到反应堆外。最严重的问题——铀燃料，目前依然是受控的，因为氧化铀的熔点在 3000摄氏度。目前已经确认的是，检测到有一部分铯和碘同位素随着蒸汽泄漏到了大气中。

　　这似乎是一个启动“B计划”的信号。通过在大气中检测到的铯和碘同位素，操作员可以确认某一根燃料棒的外壳(第一层护罩)已经存在破损。“A计划”在于恢复某个常规冷却系统。为什么这个计划失败目前并不清楚，而一种可能性是海啸冲走或是污染了所有用于冷却系统的纯净水。

　　用于冷却系统的给水是非常纯净的，去除了所有矿物质的水。使用纯净水的原因在于：纯净水很大程度上不会被激活，因此可以保持相对无辐射。而如果是脏水，那么更容易捕获中子，进而变得更加具有放射性。这不会影响到核心——因为核心不会被冷却水影响。但是会使得操作员更难处理这些具有轻度放射性的活化水。

　　但是“A计划”失败了——系统无法冷却，并且也没有额外的纯净水。因此“B计划”被启动。而这就是目前正在发生的：

　　为了避免核心融化，操作员开始使用海水来冷却核心。我不是十分清楚，他们是用海水浸泡住压力容器(第二层护罩)，还是淹住反应堆外壳(第三层护罩)。不过这个不是我们现在要讨论的。

　　要点在于核燃料现在确实已经冷却下来了。因为链式反应早就已经停止，所以目前只有非常少量的余热在产生。已经使用了的大量冷却水可以带走这些余热。因为是注入了大量的水，所以目前核心已经无法再产生足够的热量去大幅度提升压力。并且，海水中加入了硼酸。硼酸是一种“液体控制棒”。无论发生什么样的衰变，硼都可以捕获产生的中子并进一步加速核心的冷却。

　　福岛核电站曾经十分接近核心融化。但是，目前最坏的情况已被避免：如果没有将海水注入，那么操作员就只能继续旋松阀门以释放压力。第三层护罩必须完全密封，以避免其中发生的核心融化泄漏出任何的放射性物质，然后会经过一段等待期，等待护罩内的裂变副产品完成衰变，所有的放射性粒子会附着在护罩内壁。冷却系统最终会被恢复，融化的核心也会冷却至一个可控的温度。护罩内部会被清理。然后需要做一项棘手肮脏的事情——将融化了核心移出，将凝固了的燃料棒及燃料一块一块地装入运输装置，运送到核废料处理厂进行处理。根据损坏状况，核电站的这块区域需要进行修理或是彻底拆除。

　　◆ 核电站会回到安全状态并始终安全。

　　◆ 日本处于第4级别INES核紧急状态：核电站内事故。这对于拥有电站的公司是件糟糕事情，对其他人来说没什么影响。

　　◆ 在释放压力时释放了一些放射性物质。包括非常小剂量的铯和碘同位素。如果在释放时你正好坐在出口上，那么你可能需要考虑戒烟使得你的期望寿命值回归从前。这些铯和碘同位素会被带入海水，然后就不会再检测得到。

　　◆ 第一层护罩出现了一些损坏，意味着一定数量的铯和碘同位素也被释放到了冷却水中，但是不会有铀或是其他什么脏东西(因为氧化铀不溶于水)。在第三层护罩内有用于净化水的装置，这些具有放射性的铯和碘同位素会在那里被去除并且存储为核废料。

　　◆ 用于冷却的海水会在一定程度上被活化。但是因为控制棒已经完全插入，所以链式反应是不会发生的。这就意味着“主要的”核反应没有发生，因此也就不会加剧海水的活化。链式反应过程的副产物(铯和碘同位素)在这个阶段也基本上消失殆尽。这进一步减轻了海水的活化。因此最坏情况就是：用于冷却的海水中会具有一定程度的放射性，但是这些海水也同样会经由内部净化装置进行处理。

　　◆ 最终会用正常的冷却水取代海水。

　　◆ 反应堆核心会需要进行拆除并运到处理厂，就像通常的燃料更换一样。

　　◆ 燃料棒和整个核电站需要进行彻底安全检查，以避免潜在的危险。这通常需要4到5年。

　　◆ 全日本的核电站的安全防护会进行升级，以确保它们可以抵抗住9级地震及随之而来的海啸(甚至更糟糕的情况)。

　　◆ 我认为更显著的问题是随后的全国供电。日本的55座反应堆中的11座已经全部关闭并等待进行检查，这直接减少全国20%的核电电力，而全国30%的电力靠核电供应。我目前还没有去考虑日本国内其他核电站可能发生的事故。短缺的电力需要依靠天然气发电站供应，而这些电站通常只是在供电高峰时用于应急。我不是十分清楚日本国内的石油、天然气和煤矿的能源供应链，及港口、炼油厂、存储及运输网络在此次地震中遭受了怎样的损失。这些都会导致电费增加，及用电高峰和重建时的电力短缺。

　　◆ 而这一切只是更大的问题的一部分。灾后应急需要解决避难所，饮用水、食物、医疗、运输、通讯设施等一系列问题，当然也包括电力供应。在一个供应链倾斜的时代，所有的这些领域中我们都会遇到挑战。