日本福岛由于地震和海啸引发的核泄漏事件，成了震后最大的心魔，生活在这一地区的人们对核泄漏的恐惧估计比地震和海啸还要强烈；其他国家的人们，也都非常关注这次核泄漏的事件，法国等地已经有反核的组织在举行示威抗议活动。

核泄漏会影响到我们吗？下面的这些分析，或许可以帮助我们做出判断。

1．核反应堆的基本构造

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，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。

核燃料是氧化铀，这是一种熔点在3000摄氏度的陶瓷体，被制作成小圆柱。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金制成的长桶，然后密封起来，就是一个燃料棒。这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元，放入反应堆内。所有的这些，就是一个核反应堆的核心内容。

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。工作时，这些核燃料被放入“压力容器”中（蒸汽压力锅）。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结识的大锅，用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核反应堆核心。在核心降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。

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，第三层护罩的内部，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，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。

当年切尔诺贝利核电站发生爆炸和核泄漏，是由于大量的压力积攒，氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩，将大量的融化的核心挥洒到了外界。

2．核反应堆的工作原理

铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成两个中等的原子，在产生热量的同时释放出两到三个中子。当中子撞击另外一个铀原子时，又触发分裂，由此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。如果不加控制，铀核的分裂会越来越快，很快导致过热，然后在45分钟后就会导致燃料棒融化。

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。冷却水会将核燃料棒热量产生的热量带走，并转化为蒸汽和电力。

问题的关键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，比如铯和碘的同位素，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。这样的衰变过程可以持续几天。核反应堆停止工作后，令人头痛的就是这些余热。

3．福岛核电站发生了什么？

冲击核电站的地震威力是核电站设计时所能承受的威力的五倍。当地震发生时，所有的反应堆就自动关闭了。控制棒插到了核心，链式反应即刻中止。地震摧毁了核反应堆的外部电力供应，为紧急情况而准备的多组柴油发电机中的一组启动，为冷却泵提供所需的电力，冷却系统继续工作，来带走核心放射性副产物所带来的余热。在地震发生后的一小时内一切情况是平稳的。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。

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 8 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。

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。为了不使它压力过大，就需要时不时进行释放。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，这就是关于“辐射泄露”的报道开始的时刻。

不过，此时压力容器中有两类放射性物质，一类是密封在锆锡合金内部的铀的放射性副产物铯和碘的同位素，它们依然被密封在第一层防护罩内部，另一类在第一层防护罩的外部，主要是氮-16（N-16），也就是氮气的具有放射性的同位素。这种物质的半衰期非常短，只需要几秒钟的时间，就衰变为没有放射性的物质了。“辐射泄漏”，就是这些氮-16给放出来了。

而就在旋松阀门的过程中，发生了爆炸。目前并不清楚到底发生了什么，但很有可能是这样一个场景：操作员决定让压力容器内的蒸汽释放到厂房内，而不是直接放到厂房外部（这样可以让放射性元素有更长的时间用于衰变）。但由于核心内的高温，水分子分解为氧和氢这种易爆混合气体，于是在第三层护罩外爆炸了。福岛第一核电站3号机组反应堆日本时间14日上午11点1分左右发生的爆炸，和1号机机组一样是氢气爆炸，这些爆炸都造成了厂房的损失，但都没有殃及三层防护罩。

如果水在一直沸腾的话，那么水位就会持续下降。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。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露到了大气中。

用于冷却系统的给水是非常纯净的，因为纯净水很大程度上不会被激活，因此可以保持相对无辐射。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。但现在系统无法冷却，并且也没有额外的纯净水。为了避免核心融化，操作员开始使用海水来冷却核心，并且在海水中加入了硼酸。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经被避免，再经过一段等待期，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，核心也会冷却至一个可控的温度。

4．几个结论

在释放压力时同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，说明第一层护罩出现了一些损坏。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。

核心的铀已经被控制棒控制不发生反应，因此不会加剧海水的活化。链式反应过程的副产物在这个阶段也基本上消失殆尽。最坏情况是：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。

核电站会回到安全状态的。                                  （参考资料：科学松鼠会相关文章）