關鍵〝時〞刻-日本福島核一廠強震後的一小時

核子醫學科   賴永昌 副教授(100年5月)

2011年3月11日下午兩點四十六分，日本本州島外海海底32公里深處發生九級強烈地震，位於福島海岸線，屬於東京電力公司核一廠運轉中的一號至三號機，立即自動緊急停機 (Automatic Scram)，本來核電廠設計只要有七、八級強震，會自動停機，如同高鐵行進中的列車遇到強烈地震時，會自動減速停駛。

核能電廠跟一般的火力發電廠非常相似，只不過加熱的方式不一樣，核能電廠使用原子爐將冷卻水加熱，爐心中的燃料棒，核分裂所產生的熱能，將冷卻水產生蒸氣，以推動蒸氣鍋輪機發電。當原子爐緊急停機時 (包括手動或自動停機)，均須要爐心的冷卻水持續循環，把〝餘熱〞帶走。原子爐不像一般家用的壓力鍋或工業用的鍋爐，只要把瓦斯關閉或加熱的電源拔除即可熄火。全功率運轉中的原子爐突然停機時，爐心中的燃料棒會繼續產生餘熱，這些餘熱來自核分裂產生的裂變產物 (Fission Products)，此餘熱在停機的當下幾乎還有7%原功率的熱能產生，隨著有些較短半衰期的裂變產物迅速消失，此餘熱在一小時後會降到原功率1.3%的熱能，到一天或一星期後還會有0.4%到0.2%的熱能產生，這些餘熱要到五年後才會逐漸完全冷卻。

一般運轉中的原子爐緊急停機時，爐心中的餘熱得靠持續循環的冷卻水帶走，當初設計時就有如此的考量。福島核一電廠的問題出在強震後第一個小時，循環冷卻水的供應出了大問題。九級地震的影響已超過核電廠原設計可承受八級地震的標準。運轉中的核電廠除了發電輸出外，至少有5%的電力要回饋廠內自用 (比如冷卻水泵浦，儀控設備或廠房照明等等的電力)，當緊急停機時，這急需的5%內部用電，得自廠區外面輸配電支援，但是此九級地震卻也把外來的電力設備給震壞了。在地震後，因為失去外部電力支援，廠內的備用柴油發電機，立即緊急啟動。

但緊接地震後的第十五分鐘時，巨大海嘯侵襲福島海岸線內陸，海嘯侵襲時海水水位高達24公尺，已遠超過福島核一廠原設計4.7公尺防水牆的設計基準，超大的海嘯給此核電廠致命的一擊。海嘯後廠區內淹水，讓位於低窪的緊急柴油發電機運作不到一小時，也在下午3點41分時全數掛掉，廠房內此時一片漆黑 (Station Blackout)，福島核一廠的災難正式開始。

雪上加霜的是，爐心燃料棒使用的鋯合金，會與高溫冷卻水作用而產生氫氣，在廠房內不斷累積，導致後續的氫氣爆炸，使放射物質飄到廠區外，其中以碘-131及銫-134、銫-137為最嚴重的指標性核種。日本政府此時緊急宣布疏散核一廠附近3公里內的居民 (後來擴大到20公里)。目前福島核一廠的危急情況已大趨穩定，但這些外釋的大量輻射物質，如何防止持續大氣擴散，輻射土壤及污水的後續處理，及如何將受損的機組除污除役，甚至永久水泥漿封，正考驗日本政府及東京電力公司危機處理的能耐。

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