福岛第一核电站事故

概述

福岛第一核电站设有6个沸水反应堆机组。在地震发生时，仅有1至3号机组正常运转，4至6号机组则因定期检查而停机中。当侦测到地震时，1、2、3号机组亦立刻进入自动停机程序，因此厂内发电功能均告停止。此时机组与电力网的连接大规模损毁，只能倚赖紧急柴油发电机驱动电子系统与冷却系统。但是，随即而来的大海啸淹没了紧急发电机室，损毁了紧急柴油发电机，令冷却系统停止运作，反应堆开始过热。地震与海啸造成的损毁也阻碍了外来的救援。在之后的几个小时到几天内，1、2、3号发生了堆芯熔毁。员工们努力设法冷却反应堆，但之后又发生了几宗氢气爆炸事件。政府命令使用海水来冷却反应堆，这也意味着反应堆将无法修复。
为避免辐射外释危害附近居民健康，日本内阁官房长官枝野幸男于3月12日发布紧急避难指示，要求福岛核电站周边10千米内的居民立刻疏散。他表示：“因为核反应堆无法冷却，为预防万一，希望民众紧急避难。”辐射半径10千米范围内的居民都被迅速疏散，规模约4万5000人左右。稍后，又将疏散半径扩展至20千米。
可是，在核电站内工作的员工都遭到辐射曝露，当辐射水平过高的时候，还必须暂时撤离工作岗位。经过多日努力，电力网终于在3月20日恢复供电，使各机组能陆续恢复自动冷却功能。
4月12日，日本原子力安全保安院（简称“原安院”）将本次事故升级至国际核事件分级表中最高的第七级，是第二个被评为第七级事件的事故（第一个为1986年发生在前苏联的切尔诺贝利核事故）。这意味着本次事故为“可能会造成严重的健康影响及环境后果”的特大事故。由于与民众联络沟通不良，并且未能有效地管理紧急事故，日本政府与东京电力公司饱受外国舆论界批评。
日本政府估计释入大气层的总共辐射剂量大约是切尔诺贝利核电站事故的十分之一。大量放射性物质也被释入土地与大海。日本政府在离核电站30–50 km区域检测出过高浓度的放射性铯，政府因此下令禁止买卖在此区域出产的食物。东京政府官员一度建议避免使用自来水调制料理给婴儿饮食。
这次事故已经对几位核电站员工造成身体伤害，虽然未有任何员工因为直接辐射曝露而立即死亡，但有6位员工吸收了超过250mSv的辐射剂量（日本法律允许的第一线紧急人员最大辐射剂量），约有167位员工也吸收到较大量辐射剂量，但若比照切尔诺贝利核事故经验罹癌人数可能无法统计，因当年参与切尔诺贝利核事故的110,000名清理人员中仅0.1%罹患血癌。在核电站附近居住的民众，因累积辐射曝露量而在未来患癌症死亡的人数估计约在100人左右。2018年9月，日本政府判定，福岛核电站一名50多岁员工于事故7年后因肺癌死亡与当时辐射外泄有关，家属可望获赔偿。
2011年12月16日，日本首相野田佳彦宣布福岛第一核电站核泄漏已得到有效控制，1、2、3号反应堆冷停机成功，核事故处理第二阶段工作结束。但是，要妥善清理周边区域的辐射污染，并且将整个核电站除役，第三阶段可能还需要几十年不怠不懈地努力工作才能达成目标。
2013年7月22日，在事故发生之后两年又几个月，东电表示核电站内的放射性污水正泄漏流入太平洋，当地渔民与核子监督机构的专家早就怀疑会发生这问题。而东电先前坚决否认这问题的存在。因此，日本首相安倍晋三命令政府介入处理这紧急问题。8月20日，核电站又发生一起事件，多达300吨的高辐射浓度污水从污水储存槽外泄。这污水足以危害附近工作员工的健康。这次污水外泄事故被评为国际核事件分级表中的第三级。8月24日，东电表示，导致福岛第一核电站蓄水罐大量泄漏放射性污水的原因是由于蓄水罐变形。此前东电曾经用橡胶圈对蓄水罐进行了密封，防止蓄水罐变形，但是，近日橡胶圈可能已经因老化而丧失功能。8月26日，日本政府采取紧急措施，直接出面解决外泄问题，避免这问题变得更严重，这动作显示出政府对东电缺乏信心。9月3日，日本政府准备投入470亿日元经费阻止污水外泄，并且建设冻土墙与除污装置。9月19日，日本首相安倍晋三亲自视察核电站并且作出指示，除了先前除役的四个反应堆以外，完好但停机的第五、六号反应堆也应报废，专心处理污水问题。安倍说：“此行目的正是要亲自见证。”
2017年1月30日，东电安排工作人员在安全壳外部将摄像机送入拍摄照片，确认反应堆压力容器下方的脚手架出现了约1平方米的破洞，根据推测，这是由于核燃料融穿压力容器后滴落导致的。在此之前(2011年)也曾有消息指出反应堆内部可能发生了融穿的情况
2017年2月9日，东电先后控制两个机器人深入安全壳内部检查反应堆状况，但均在到达目标位置之前因辐射出现故障。此时安全壳内的辐射量为每小时650希沃特，目前仍没有方法得知反应堆内部具体情况。

2011年日本地震的直接影响

2011年3月11日14时46分，日本本州岛东北海岸发生9.0级地震，造成在2、3、5号机测到的最大地表加速度分别为0.56、0.52、0.56 g（5.50、5.07、5.48 m/s²），超过了设计容限0.45、0.45、0.46 g（分别相当于4.38、4.41、4.52 m/s²），但在1、4、6号机测到的数据低于设计容限。福岛第一核电厂原本设计能抵挡7.0级地震（最大等级地震），并没有考虑到会同时遭遇这么大的海啸冲击。大地震发生时，1、2、3号机正在运转，4、5、6号机早已停机做定期检查。当地震被检测到时，1、2、3号机执行了自动停机程序。
在反应堆自动停机后，厂内发电功能立即停止。正常情况下，核电站可以利用厂外电源驱动冷却和控制系统，但是地震对电力网造成大规模破坏。因此，只好倚赖区内的13台紧急柴油发电机组驱动冷却系统。但是接踵而至的15米大海啸越过厂区的5.7米海堤，淹没了地势较低的柴油发电机组。在15时41分，一共有12台紧急发电机中止运转，供给反应堆的交流电源即告失效。这时，依照法律规定，东京电力公司立刻通知政府当局，宣布进入“一级紧急状态”。
在柴油发电机组失效后，供电给控制系统的电池只能维持8小时。东电从其它发电厂运来了电池和移动式发电机。但是，由于路况不佳，遭到严重耽搁。通常情况下，发电机可以接到地下室的电源开关，但是当时地下室已被海啸淹没。所以，一直到12日15时4分，员工还在努力连接移动式发电机到水泵的工作。
16日，东电表示，工作人员正在连夜加班赶工，希望能够尽快从厂外输电网络连接电缆至2号机。在核电厂电源中断九天之后，20日15时46分，2号机终又恢复通电。

辐射影响

事故发生后，东京电力公司为了促使核反应堆降低气压而将堆内气体排放到大气层，为了冷却核反应堆而向堆内注入大量冷却水，之后又排放入大海。这些危机处理措施以及其它的意外与失控事件使得福岛核反应堆内的放射性物质持续大规模泄漏。政府为了防止对民众安全健康潜在的影响，在发电场附近设立了20 km的疏散区，并且建议在20–30 km区域内的民众务必待留室内。英、法等国顾虑到辐射性污染的危险扩散，也分别通知国民快速考虑离开东京。福岛核事故更导致在全世界都测量到微量辐射性物质，包括碘-131、铯-137（半衰期为30年）在内。大量放射性同位素因此核事故释入太平洋。
由全面禁止核试验条约组织筹备委员会（Preparatory Commission for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization，CTBTO）所主管的一套专门侦测核子爆炸的监测系统，能够全球追踪从损毁核反应堆释出的放射性物质扩散状况。超过40所CTBTO放射性核素监测站都已侦测到从福岛核反应堆释出的放射性同位素。CTBTO的183个会员国都可得到这监测数据与分析结果。大约1,200个科学与学术机构现正共享这服务。
3月12日，远在福岛核电站200 km以外的高崎市的CTBTO监测站最先侦测到放射性物质。3月14日，放射性物质已散布到俄国东部，两天之后，更飞越太平洋抵达美国西海岸。到第十五日，整个北半球都可侦测到微量放射性物质。4月13日，位于南半球的CTBTO监测站，例如，澳洲、斐济、马来西亚、巴布亚新几内亚，也侦测到放射性物质。
根据专家透露，此核事故释出的放射性物质大约是切尔诺贝利核事故的十分之一。文部科学省于2012年3月发布的一份报告表示，福岛核电站释出的放射性尘埃已弥散大约切尔诺贝利核电场事故的十分之一距离。根据挪威空气研究学院（Norwegian Institute for Air Research）完成的一项研究，对人体健康影响甚大的铯-137在这次事故总共释出剂量大约是切尔诺贝利核事故的40%。
2011年3月，日本政府官员宣布，在东京与其它5个县府境内的18所净水厂侦测到碘-131超过婴孩安全限度。2011年7月，日本政府尚无法控制防止放射性物质进入国家食粮，在200 英里范围内，包括波菜、茶叶、牛奶、渔虾、牛肉在内，很多食物都侦测到放射性污染。2012年情况有所改善，包心菜、稻米、牛肉，没有检验发现显著放射性。东京的消费者安全认证并接收了一批福岛生产的稻米。
2011年8月24日，日本原子力安全委员会（Nuclear Safety Commission，NSC）公布因福岛事故而排气释出的放射性物质总量重新计算结果。从3月11日至4月5日，总量降低为130 PBq （拍贝克勒）碘-131，11 PBq铯-137，大约是切尔诺贝利总量的11%。早先估计分别为150 PBq、12 PBq。
2011年9月8日，日本原子力研究开发机构（Japan Atomic Energy Agency）、京都大学与其它学院的日本科学家工作团队发表排入大海的放射性物质总量重新计算结果。从3月后期至4月，总量是15 PBq碘-131与铯-137，是东电估计数量4.72 PBq的三倍。东电只计算了4月、5月排入大海的总量。由于大量飞浮空中的放射性物质会以雨水形式进入大海，必须重新计算。
根据东电，2011年9月前半月，从核电站释出的放射性物质估计为200 MBq（百万贝克勒）每小时， 大约是三月事故发生初期辐射水平的四百万分之一。
根据法国辐射防护与核安全研究所（Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire）于2011年10月发表的报告，从3月21日至7月中期，大约有27 PBq铯-137释入大海，大多数（82%）是在4月8日前释入大海。这是有史以来，观察到的最大量人造放射性物质释入大海。福岛海岸附近涌流着全世界最强劲的海流，传输污水远布太平洋，造成放射性物质大量弥散。从分析海水与海岸沉积物的测量数据，科学家认为，至2011年底为止，核事故造成的后果并不严重，海水放射性浓度很低微，沉积物放射性累积有限。但从另一方面来看，在核电站附近，沿着海岸，显著的海水污染可能会继续一段时间，因为表面水会流过污染表土，将放射性物质传输进入大海。有些海岸区域可能会拥有比较不良的稀释特性或沉积特性。最后，还有一些可能存在的放射性物质，例如锶-90或钚，尚未被仔细观察研究。近期观察显示出，在福岛海岸区域捕获的一些海产物种（大多数是鱼）持续被污染。经过一段时间后，对于铯污染最为敏感的生物应属滤水生物和食物链上端的鱼类，因此，持续监督在福岛海岸外捕获的海产是明智之举。
2012年5月24日，东电公布福岛核事故所释出的辐射量。从2011年3月12日至31日估计总共有5×10¹⁷ Bq碘-131、1×10¹⁶ Bq铯-134与1×10¹⁶ Bq铯-137释入大气层。从4月到年底所释出的辐射剂量是3月份的1%，可以视为微不足道。从2011年3月26日至9月30日，共有18×10¹⁵ Bq释入大海。共有1.1×10¹⁶ Bq碘-131、3.5×10¹⁵ Bq铯-134、3.6×10¹⁵ Bq铯-137释入大海。
2012年5月，东电报告，2011年三月至少900 PBq释入大气层。2012年8月，研究员报告，住在核电站附近的一万居民受到少于1毫希沃特很多的辐射，超小于切尔诺贝利居民。1毫希沃特辐射剂量被视为在安全限度内。
2012年10月，科学家分析日本农林水产省数据后总结，核电站仍旧泄漏放射性物质进入大海。在那附近不应从事渔业，在捕获的鱼类体内量度到的放射性铯元素辐射水平仍旧相当高，不比在事故发生后那几个月内的辐射水平低。2012年10月26日，东电承认，虽然由于反应堆地下室都积满了冷却水，辐射水平已趋稳定，但仍不能排除辐射泄露进入大海的可能性。东电正在建造一道2,400英尺长、100英尺深的钢铁与混凝土围墙，在反应堆与大海之间，预期可在2014年中完工。2012年8月，在福岛海岸附近捕获的两条六线鱼被测量到含有25,000 Bq铯-137每公斤鱼重，这是自从事故发生以来，量度到最高铯剂量的一次，是政府安全限度的250倍。
2013年2月，世界卫生组织发表报告，总人口癌症发病率预期不会出现显而易见的增加，但是某些特定族群如婴儿可能会出现较高癌症发病率。例如，居住在浪江町与饭馆村的婴儿在核事故发生后第一年大约受到12至25毫希沃特有效剂量。因此，女婴估计会得到乳癌、甲状腺癌（thyroid cancer）的几率分别会增加6%、7%，男婴估计会得到白血病的几率会增加7%。这是相对发病率，不是绝对发病率。例如，由于甲状腺癌的基础发病率很低（~0.75%），虽然发病率增加很多，这是相对值，表征的只是极少量绝对发病率的增加（~0.5%）。另外，参与核事故救难的紧急员工中，可能三分之一的员工罹患癌症的几率会极微幅地增加。

设计问题

在1960年代，通用电气（GE）开始生产的加压沸水反应堆采用了马克1型围阻体，并使用了建造容易，较小、较廉价的设计结构。这种反应堆称为“马克1型反应堆”。福岛第一核电站的6座反应堆之中，有5座是马克1型反应堆。在大地震与大海啸之后，由于冷却系统故障，有几座马克1型反应堆遭遇了堆芯熔毁的命运。
1980年后期，通用电气自1975年以来的内部文件曝光，内容指称马克1型反应堆未经足够测试、存有影响安全的设计瑕疵，导致数家公用事业公司、发电厂经营者曾打算对通用电气提告。期间，美国核电站已针对所有马克1型反应堆进行改造，增加了排气系统，以便在过热的状况下尚能降压。在诸多瑕疵当中，马克1型围阻体的低围阻容量设计最为人诟病，就像福岛第1核电站现正经历的状况，这种设计经不起爆炸，以及氢气膨胀的冲击。
前通用电气工程师戴尔·布瑞丹鲍（Dale Bridenbaugh）提到，“马克1型反应堆的设计尚未能承受重大意外中可能面临的负担”，35年前他因担心核反应堆的安全设计问题而提出辞呈。布瑞丹鲍表示：“当时，我不认为各家电力公司审慎重视这个问题。我觉得，在完成分析之前，有一部分核电站应该关闭，但通用电气和各家电力公司都不想这么做，我只好离开”。

通用电气说法

通用电气水电部门发言人麦可·特图原（Michael Tetuan）说：“马克1型反应堆是该行业之内的主力，拥有40多年的安全可靠记录，从来没有哪一个马克1型围阻系统出现过缺口”。3月14日，另位发言人詹姆斯·希利（James Healy）表示，该公司在北卡罗莱纳州威尔明顿的一个指挥中心，已经有工程师待命，随时准备为福岛第一核电站提供援助，一起努力控制住事故。
通用电气日立核能（GE Hitachi Nuclear Energy）工程师詹姆斯·克拉珀（James Klapproth）表示，福岛核电站已经设有排气系统协助释放压力。通用电气并未说明马克1型反应堆的设计是否足以承受福岛第一核电站所遭遇到的一连串事故，包括震级9.0大地震、伴随的大海啸和造成的一系列设备损毁。

官方

1972年，美国原子能委员会安全检查官史蒂芬·韩纳尔（Stephen Hanauer）认为，马克1型反应堆所引起的安全疑虑难以接受，并建议停止生产更多这类型反应堆。稍后同年，美国核能管理委员会（前身是原子能委员会）的未来首长约瑟·亨德利（Jeseph Hendrie）表示，值得考虑禁止马克1型反应堆，但由于当时这型反应堆颇受核能发电产业和监管官员的关爱，如果此时下达禁止令，核能发电的时代可能会跟着告一段落。
1980年代中期，核子管理委员会官员哈若德·滇顿（Harold Denton）曾断言，一旦发生事故造成燃料棒过热与熔毁后，马克1型反应堆爆炸的几率高达90%。

学者

伦敦帝国学院核子工程中心主任罗宾·葛林姆斯（Robin Grimes）表示：“40年前就是为了方便才如此做，当时的设计准则强调方便性比安全问题更重要”、“就我所知，马克1型反应堆是唯一以那种方式建造的反应堆。这是很糟的决定，我们正在承受这个糟糕决定造成的后果。这真的是非常奇怪的设计”。
关于福岛第一核电站在震灾发生后的一连串事件，麻省理工学院的约瑟夫·欧何曼博士（Dr. Josef Oehmen）写了一篇文章《为什么我不担忧日本的核反应堆》，全文源于他写给住在日本亲戚的一封电邮。后被转贴在部落格，并引起了极大的回响。
根据加州大学戴维斯分校教授亚历山大·纳弗洛斯基（Alexandra Navrotsky）分析，在这次核事故中，核电站被迫使用海水作冷却剂，可是海水会腐蚀核燃料棒，形成带有铀元素的原子簇，一旦这原子簇被传输至大海，可以长时间存留于附近海域，令核污染问题变得更加严峻。

专家

布瑞丹鲍表示：“我为正在那里（福岛第一核电站）设法处理问题的人感到同情。另一方面，福岛核电站目前情况不能说是马克1型围阻体所直接造成，而是来自地震、海啸，以及马克1型围阻体的容错性比某些其他类型反应堆低的直接影响结果”，并认为日本这一次所遭受到的超级灾难，远超过工程师所预期的风险。