福岛第一核电站事故

概述

福島第一核電廠設有6個沸水反應爐機組。在地震發生時，僅有1至3號機組正常運轉，4至6號機組則因定期檢查而停機中。當偵測到地震時，1、2、3號機組亦立刻進入自動停機程序，因此廠內發電功能均告停止。此時機組與電力網的連接大規模損毀，只能倚賴緊急柴油發電機驅動電子系統與冷卻系統。但是，隨即而來的大海嘯淹沒了緊急發電機室，損毀了緊急柴油發電機，令冷卻系統停止運作，反應爐開始過熱。地震與海嘯造成的損毀也阻礙了外來的救援。在之後的幾個小時到幾天內，1、2、3號發生了爐心熔毀。員工們努力設法冷卻反應爐，但之後又發生了幾宗氫氣爆炸事件。政府命令使用海水來冷卻反應爐，這也意味著反應爐將無法修復。
為避免放射線外釋危害附近居民健康，日本內閣官房長官枝野幸男於3月12日發布緊急避難指示，要求福島核電廠周邊10公里內的居民立刻疏散。他表示：「因為核子反應爐無法冷卻，為預防萬一，希望民眾緊急避難。」放射線半徑10公里範圍內的居民都被迅速疏散，規模約4萬5000人左右。稍後，又將疏散半徑擴展至20公里。
可是，在核電廠內工作的員工都遭到放射線曝露，當放射線水平過高的時候，還必須暫時撤離工作崗位。經過多日努力，電力網終於在3月20日恢復供電，使各機組能陸續恢復自動冷卻功能。
4月12日，日本原子力安全保安院（簡稱「原安院」）將本次事故升級至國際核事件分級表中最高的第七級，是第二個被評為第七級事件的事故（第一個為1986年發生在前蘇聯的車諾比核事故）。這意味著本次事故為「可能會造成嚴重的健康影響及環境後果」的特大事故。由於與民眾聯絡溝通不良，並且未能有效地管理緊急事故，日本政府與東京電力公司飽受外國輿論界批評。
日本政府估計釋入大氣層的總共放射線劑量大約是車諾比核電廠事故的十分之一。大量放射性物質也被釋入土地與大海。日本政府在離核電廠30–50 km區域檢測出過高濃度的放射性銫，政府因此下令禁止買賣在此區域出產的食物。東京政府官員一度建議避免使用自來水調製料理給嬰兒飲食。
這次事故已經對幾位核電廠員工造成身體傷害，雖然未有任何員工因為直接放射線曝露而立即死亡，但有6位員工吸收了超過250mSv的放射線劑量（日本法律允許的第一線緊急人員最大放射線劑量），約有167位員工也吸收到較大量放射線劑量，但若比照車諾比核事故經驗罹癌人數可能無法統計，因當年參與車諾比核事故的110,000名清理人員中僅0.1%罹患血癌。在核電廠附近居住的民眾，因累積放射線曝露量而在未來患癌症死亡的人數估計約在100人左右。2018年9月，日本政府判定，福島核電廠一名50多歲員工於事故7年後因肺癌死亡與當時放射線外洩有關，家屬可望獲賠償。
2011年12月16日，日本首相野田佳彥宣布福島第一核電廠核泄漏已得到有效控制，1、2、3號反應爐冷停機成功，核事故處理第二階段工作結束。但是，要妥善清理周邊區域的放射線汙染，並且將整個核電廠除役，第三階段可能還需要幾十年不怠不懈地努力工作才能達成目標。
2013年7月22日，在事故發生之後兩年又幾個月，東電表示核電廠內的放射性污水正洩漏流入太平洋，當地漁民與核子監督機構的專家早就懷疑會發生這問題。而東電先前堅決否認這問題的存在。因此，日本首相安倍晉三命令政府介入處理這緊急問題。8月20日，核電廠又發生一起事件，多達300噸的高放射線濃度污水從污水儲存槽外洩。這污水足以危害附近工作員工的健康。這次污水外洩事故被評為國際核事件分級表中的第三級。8月24日，東電表示，導致福島第一核電廠蓄水罐大量洩漏放射性污水的原因是由於蓄水罐變形。此前東電曾經用橡膠圈對蓄水罐進行了密封，防止蓄水罐變形，但是，近日橡膠圈可能已經因老化而喪失功能。8月26日，日本政府採取緊急措施，直接出面解決外洩問題，避免這問題變得更嚴重，這動作顯示出政府對東電缺乏信心。9月3日，日本政府準備投入470億日元經費阻止汙水外洩，並且建設凍土牆與除汙裝置。9月19日，日本首相安倍晉三親自視察核電廠並且作出指示，除了先前除役的四個反應爐以外，完好但停機的第五、六號反應爐也應報廢，專心處理汙水問題。安倍說：「此行目的正是要親自見證。」
2017年1月30日，東電安排工作人員在安全殼外部將攝像機送入拍攝照片，確認反應爐壓力容器下方的腳手架出現了約1平方米的破洞，根據推測，這是由於核燃料融穿壓力容器後滴落導致的。在此之前(2011年)也曾有消息指出反應爐內部可能發生了融穿的情況
2017年2月9日，東電先後控制兩個機器人深入安全殼內部檢查反應爐狀況，但均在到達目標位置之前因放射線出現故障。此時安全殼內的放射線量為每小時650西弗，目前仍沒有方法得知反應爐內部具體情況。

2011年日本地震的直接影響

2011年3月11日14時46分，日本本州島東北海岸發生9.0地震，造成在2、3、5號機測到的最大地表加速度分別為0.56、0.52、0.56 g（5.50、5.07、5.48 m/s²），超過了設計容限0.45、0.45、0.46 g（分別相當於4.38、4.41、4.52 m/s²），但在1、4、6號機測到的數據低於設計容限。福島第一核電廠原本設計能抵擋7.0地震（最大等級地震），並沒有考慮到會同時遭遇這麼大的海嘯衝擊。大地震發生時，1、2、3號機正在運轉，4、5、6號機早已停機做定期檢查。當地震被檢測到時，1、2、3號機執行了自動停機程序。
在反應爐自動停機後，廠內發電功能立即停止。正常情況下，核電廠可以利用廠外電源驅動冷卻和控制系統，但是地震對電力網造成大規模破壞。因此，只好倚賴區內的13台緊急柴油發電機組驅動冷卻系統。但是接踵而至的15公尺大海嘯越過廠區的5.7公尺海堤，淹沒了地勢較低的柴油發電機組。在15時41分，一共有12台緊急發電機中止運轉，供給反應爐的交流電源即告失效。這時，依照法律規定，東京電力公司立刻通知政府當局，宣布進入「一級緊急狀態」。
在柴油發電機組失效後，供電給控制系統的電池只能維持8小時。東電從其它發電廠運來了電池和移動式發電機。但是，由於路況不佳，遭到嚴重耽擱。通常情況下，發電機可以接到地下室的電源開關，但是當時地下室已被海嘯淹沒。所以，一直到12日15時4分，員工還在努力連接移動式發電機到水泵的工作。
16日，東電表示，工作人員正在連夜加班趕工，希望能夠儘快從廠外輸電網路連接電纜至2號機。在核電廠電源中斷九天之後，20日15時46分，2號機終又恢復通電。

放射線影響

事故發生後，東京電力公司為了促使核子反應爐降低氣壓而將堆內氣體排放到大氣層，為了冷卻核子反應爐而向堆內注入大量冷卻水，之後又排放入大海。這些危機處理措施以及其它的意外與失控事件使得福島核子反應爐內的放射性物質持續大規模泄漏。政府為了防止對民眾安全健康潛在的影響，在發電場附近設立了20 km的疏散區，並且建議在20–30 km區域內的民眾務必待留室內。英、法等國顧慮到放射線性汙染的危險擴散，也分別通知國民快速考慮離開東京。福島核事故更導致在全世界都測量到微量放射線性物質，包括碘-131、銫-137（半衰期為30年）在內。大量放射性同位素因此核事故釋入太平洋。
由全面禁止核試驗條約組織籌備委員會（Preparatory Commission for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization，CTBTO）所主管的一套專門偵測核子爆炸的監測系統，能夠全球追蹤從損毀核子反應爐釋出的放射性物質擴散狀況。超過40所CTBTO放射性核素監測站都已偵測到從福島核子反應爐釋出的放射性同位素。CTBTO的183個會員國都可得到這監測數據與分析結果。大約1,200個科學與學術機構現正共享這服務。
3月12日，遠在福島核電廠200 km以外的高崎市的CTBTO監測站最先偵測到放射性物質。3月14日，放射性物質已散布到俄國東部，兩天之後，更飛越太平洋抵達美國西海岸。到第十五日，整個北半球都可偵測到微量放射性物質。4月13日，位於南半球的CTBTO監測站，例如，澳洲、斐濟、馬來西亞、巴布亞紐幾內亞，也偵測到放射性物質。
根據專家透露，此核事故釋出的放射性物質大約是車諾比核事故的十分之一。文部科學省於2012年3月發布的一份報告表示，福島核電廠釋出的放射性塵埃已瀰散大約車諾比核電場事故的十分之一距離。根據挪威空氣研究學院（Norwegian Institute for Air Research）完成的一項研究，對人體健康影響甚大的銫-137在這次事故總共釋出劑量大約是車諾比核事故的40%。
2011年3月，日本政府官員宣布，在東京與其它5個縣府境內的18所淨水廠偵測到碘-131超過嬰孩安全限度。2011年7月，日本政府尚無法控制防止放射性物質進入國家食糧，在200 英里範圍內，包括波菜、茶葉、牛奶、漁蝦、牛肉在內，很多食物都偵測到放射性汙染。2012年情況有所改善，包心菜、稻米、牛肉，沒有檢驗發現顯著放射性。東京的消費者安全認證並接收了一批福島生產的稻米。
2011年8月24日，日本原子力安全委員會（Nuclear Safety Commission，NSC）公布因福島事故而排氣釋出的放射性物質總量重新計算結果。從3月11日至4月5日，總量降低為130 PBq （拍貝克勒）碘-131，11 PBq銫-137，大約是車諾比總量的11%。早先估計分別為150 PBq、12 PBq。
2011年9月8日，日本原子力研究開發機構（Japan Atomic Energy Agency）、京都大學與其它學院的日本科學家工作團隊發表排入大海的放射性物質總量重新計算結果。從3月後期至4月，總量是15 PBq碘-131與銫-137，是東電估計數量4.72 PBq的三倍。東電只計算了4月、5月排入大海的總量。由於大量飛浮空中的放射性物質會以雨水形式進入大海，必須重新計算。
根據東電，2011年9月前半月，從核電廠釋出的放射性物質估計為200 MBq（百萬貝克勒）每小時， 大約是三月事故發生初期放射線水平的四百萬分之一。
根據法國放射線防護與核安全研究所（Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire）於2011年10月發表的報告，從3月21日至7月中期，大約有27 PBq銫-137釋入大海，大多數（82%）是在4月8日前釋入大海。這是有史以來，觀察到的最大量人造放射性物質釋入大海。福島海岸附近湧流著全世界最強勁的海流，傳輸汙水遠布太平洋，造成放射性物質大量瀰散。從分析海水與海岸沉積物的測量數據，科學家認為，至2011年底為止，核事故造成的後果並不嚴重，海水放射性濃度很低微，沉積物放射性累積有限。但從另一方面來看，在核電廠附近，沿著海岸，顯著的海水汙染可能會繼續一段時間，因為表面水會流過汙染表土，將放射性物質傳輸進入大海。有些海岸區域可能會擁有比較不良的稀釋特性或沉積特性。最後，還有一些可能存在的放射性物質，例如鍶-90或鈽，尚未被仔細觀察研究。近期觀察顯示出，在福島海岸區域捕獲的一些海產物種（大多數是魚）持續被汙染。經過一段時間後，對於銫汙染最為敏感的生物應屬濾水生物和食物鏈上端的魚類，因此，持續監督在福島海岸外捕獲的海產是明智之舉。
2012年5月24日，東電公布福島核事故所釋出的放射線量。從2011年3月12日至31日估計總共有5×10¹⁷ Bq碘-131、1×10¹⁶ Bq銫-134與1×10¹⁶ Bq銫-137釋入大氣層。從4月到年底所釋出的放射線劑量是3月份的1%，可以視為微不足道。從2011年3月26日至9月30日，共有18×10¹⁵ Bq釋入大海。共有1.1×10¹⁶ Bq碘-131、3.5×10¹⁵ Bq銫-134、3.6×10¹⁵ Bq銫-137釋入大海。
2012年5月，東電報告，2011年三月至少900 PBq釋入大氣層。2012年8月，研究員報告，住在核電廠附近的一萬居民受到少於1毫西弗很多的放射線，超小於車諾比居民。1毫西弗放射線劑量被視為在安全限度內。
2012年10月，科學家分析日本農林水產省數據後總結，核電廠仍舊洩漏放射性物質進入大海。在那附近不應從事漁業，在捕獲的魚類體內量度到的放射性銫元素放射線水平仍舊相當高，不比在事故發生後那幾個月內的放射線水平低。2012年10月26日，東電承認，雖然由於反應爐地下室都積滿了冷卻水，放射線水平已趨穩定，但仍不能排除放射線洩露進入大海的可能性。東電正在建造一道2,400英尺長、100英尺深的鋼鐵與混凝土圍牆，在反應爐與大海之間，預期可在2014年中完工。2012年8月，在福島海岸附近捕獲的兩條六線魚被測量到含有25,000 Bq銫-137每公斤魚重，這是自從事故發生以來，量度到最高銫劑量的一次，是政府安全限度的250倍。
2013年2月，世界衛生組織發表報告，總人口癌症發病率預期不會出現顯而易見的增加，但是某些特定族群如嬰兒可能會出現較高癌症發病率。例如，居住在浪江町與飯館村的嬰兒在核事故發生後第一年大約受到12至25毫西弗有效劑量。因此，女嬰估計會得到乳癌、甲狀腺癌（thyroid cancer）的機率分別會增加6%、7%，男嬰估計會得到白血病的機率會增加7%。這是相對發病率，不是絕對發病率。例如，由於甲狀腺癌的基礎發病率很低（~0.75%），雖然發病率增加很多，這是相對值，表徵的只是極少量絕對發病率的增加（~0.5%）。另外，參與核事故救難的緊急員工中，可能三分之一的員工罹患癌症的機率會極微幅地增加。

設計問題

在1960年代，奇異（GE）開始生產的加壓沸水反應爐採用了馬克1型圍阻體，並使用了建造容易，較小、較廉價的設計結構。這種反應爐稱為「馬克1型反應爐」。福島第一核電廠的6座反應爐之中，有5座是馬克1型反應爐。在大地震與大海嘯之後，由於冷卻系統故障，有幾座馬克1型反應爐遭遇了爐心熔毀的命運。
1980年後期，奇異自1975年以來的內部文件曝光，內容指稱馬克1型反應爐未經足夠測試、存有影響安全的設計瑕疵，導致數家公用事業公司、發電廠經營者曾打算對奇異提告。期間，美國核電廠已針對所有馬克1型反應爐進行改造，增加了排氣系統，以便在過熱的狀況下尚能降壓。在諸多瑕疵當中，馬克1型圍阻體的低圍阻容量設計最為人詬病，就像福島第1核電廠現正經歷的狀況，這種設計經不起爆炸，以及氫氣膨脹的衝擊。
前奇異工程師戴爾·布瑞丹鮑（Dale Bridenbaugh）提到，「馬克1型反應爐的設計尚未能承受重大意外中可能面臨的負擔」，35年前他因擔心核子反應爐的安全設計問題而提出辭呈。布瑞丹鮑表示：「當時，我不認為各家電力公司審慎重視這個問題。我覺得，在完成分析之前，有一部分核電廠應該關閉，但奇異和各家電力公司都不想這麼做，我只好離開」。

奇異說法

奇異水電部門發言人麥可·特圖原（Michael Tetuan）說：「馬克1型反應爐是該行業之內的主力，擁有40多年的安全可靠記錄，從來沒有哪一個馬克1型圍阻系統出現過缺口」。3月14日，另位發言人詹姆斯·希利（James Healy）表示，該公司在北卡羅萊納州威爾明頓的一個指揮中心，已經有工程師待命，隨時準備為福島第一核電廠提供援助，一起努力控制住事故。
奇異日立核能（GE Hitachi Nuclear Energy）工程師詹姆斯·克拉珀（James Klapproth）表示，福島核電廠已經設有排氣系統協助釋放壓力。奇異並未說明馬克1型反應爐的設計是否足以承受福島第一核電廠所遭遇到的一連串事故，包括規模9.0大地震、伴隨的大海嘯和造成的一系列設備損毀。

官方

1972年，美國原子能委員會安全檢查官史蒂芬·韓納爾（Stephen Hanauer）認為，馬克1型反應爐所引起的安全疑慮難以接受，並建議停止生產更多這類型反應爐。稍後同年，美國核能管理委員會（前身是原子能委員會）的未來首長約瑟·亨德利（Jeseph Hendrie）表示，值得考慮禁止馬克1型反應爐，但由於當時這型反應爐頗受核能發電產業和監管官員的關愛，如果此時下達禁止令，核能發電的時代可能會跟著告一段落。
1980年代中期，核子管理委員會官員哈若德·滇頓（Harold Denton）曾斷言，一旦發生事故造成燃料棒過熱與熔毀後，馬克1型反應爐爆炸的機率高達90%。

學者

倫敦帝國學院核子工程中心主任羅賓·葛林姆斯（Robin Grimes）表示：「40年前就是為了方便才如此做，當時的設計準則強調方便性比安全問題更重要」、「就我所知，馬克1型反應爐是唯一以那種方式建造的反應爐。這是很糟的決定，我們正在承受這個糟糕決定造成的後果。這真的是非常奇怪的設計」。
關於福島第一核電廠在震災發生後的一連串事件，麻省理工學院的約瑟夫·歐何曼博士（Dr. Josef Oehmen）寫了一篇文章《為什麼我不擔憂日本的核子反應爐》，全文源於他寫給住在日本親戚的一封電郵。後被轉貼在部落格，並引起了極大的迴響。
根據加州大學戴維斯分校教授亞歷山大·納弗洛斯基（Alexandra Navrotsky）分析，在這次核事故中，核電廠被迫使用海水作冷卻劑，可是海水會腐蝕核燃料棒，形成帶有鈾元素的原子簇，一旦這原子簇被傳輸至大海，可以長時間存留於附近海域，令核污染問題變得更加嚴峻。

專家

布瑞丹鮑表示：「我為正在那裡（福島第一核電廠）設法處理問題的人感到同情。另一方面，福島核電廠目前情況不能說是馬克1型圍阻體所直接造成，而是來自地震、海嘯，以及馬克1型圍阻體的容錯性比某些其他類型反應爐低的直接影響結果」，並認為日本這一次所遭受到的超級災難，遠超過工程師所預期的風險。