三哩岛核事故专刊

1、核电工程设计NUCLEAR POWER PROJECT ENGINEERING2009年第一期，总第12期三哩岛核事故三十周年纪念专刊中广核工程有限公司 设计院 设计图文中心编者按今年是美国三哩岛核事故三十周年。三十年前的 3月 28日在三哩岛发生了一起 震惊世界的严重的核事故。 为了对此次事故进行回顾和反思， 我们专门编辑了这 期特刊，便于大家回顾当时的事件经过， 了解事故的原因， 吸取相关的经验教训， 增强我们的核安全意识和质量意识，确保核电设计中的安全性和可靠性。21目录一，事件回顾 .41. 三哩岛核电站2. 三哩岛核泄漏事故3. 三哩岛核事故发生过程详细记录二,经验教训 .9三哩岛事

2、故 30 周年：五个经验教训三，类似事件 .1120 世纪世界十大核事故、事件回顾1.三哩岛核电站三哩岛核电站(TMI )是个民用核电站，位于美国宾夕法尼亚州萨斯奎哈纳河三 哩岛(Three Mile Isla nd)。它有两个机组，TMI-1 和 TMI-2。电厂由 Ge neral Public Utilities Corporati on 公司建造，由 Metropolita n Edis on Compa ny 经营，现并入 First En ergy Corporati on。三哩岛1号机组三哩岛1号机组是由Babcock and Wilcox (B&W)公司建造的一个压水反

3、应堆，发 电量为802 MWe。初始造价为4亿美元。1号机组于1974年4月19日并网，1974 年9月2日开始商业运行。1号机组运行执照年限40年，这意味着可以运行到 2014年4月19日。当2号机组于1979年发生事故时，1号机组正在脱网换料。经过一系列的技术、法律和管理审查后与1985年10月重新并网。目前的业主AmeriGen已经申请再运行20年的执照。三哩岛2号机组三哩岛2号机组也是压水反应堆，由B&W建造。唯一的区别是，与1号机组的 802 Mwe相比，发电量稍微大一点，为 906 Mwe。2号机组于1978年2月8日 获得运行执照，1978年12月30日开始商业运行。2.

4、三哩岛核泄漏事故三哩岛核泄漏事故，通常简称“三哩岛事件”，是1979年3月28日发生在美国 宾夕法尼亚州萨斯奎哈纳河三哩岛(Three-Miles Island )核电站的一次严重放 射性物质泄漏事故。事故简述当天凌晨4时半，三哩岛核电站95万千瓦压水堆电站二号反应堆主给水泵停转， 辅助给水泵按照预设的程序启动，但是由于辅助回路中一道阀门在此前的例行检 修中没有按规定打开，导致辅助回路没有正常启动，二回路冷却水没有按照程序 进入蒸汽发生器，热量在堆心聚集，堆心压力上升。堆心压力的上升导致减压阀 开启，冷却水流出，由于发生机械故障，在堆心压力回复正常值后堆心冷却水继 续注入减压水槽，造成减压水槽

5、水满外溢。一回路冷却水大量排出造成堆心温度 上升，待运行人员发现问题所在的时候，堆心燃料的47沁经融毁并发生泄漏，系统发出了放射性物质泄漏的警报， 但由于当时警报蜂起，核泄漏的警报并未引 起运行人员的注意，甚至现时无人能够回忆起这个警报。 直到当天晚上8点，: 号堆一二回路均恢复正常运转，但运行人员始终没有察觉堆心的损坏和放射性物 质的泄漏。Pressuriz&d wstef reactor (PWR)IJ Pressurized waterand raoafi：I iStean； Water此后，第76任宾州州长迪克松伯(Dick Thornburgh )出于安全考虑于3月30 日疏

6、散了核电站5英里范围内的学龄前儿童和孕妇，并下令对事故堆芯进行检 查。检查中才发现堆芯严重损坏，约20吨二氧化铀堆积在压力槽底部，大量放射性物质堆积在反应堆安全壳内，少部分放射性物质泄漏到周围环境中。事故后果 事故后，有关机构对周围居民进行了连续跟踪研究，研究结果显示:1. 在以三哩岛核电站为圆心的50英里范围内的220万居民中无人发生急性 辐射反应；2. 周围居民所受到的辐射相当于进行了一次胸部透视的辐射剂量；3. 三哩岛核泄漏事故对于周围居民的癌症发生率没有显著性影响；4. 三哩岛附近未发现动植物异常现象；5. 当地农作物产量未发生异常变化。但是，泄漏事故造成核电站二号堆严重损毁，直接经济

7、损失达10亿美元之巨事故影响三哩岛核泄漏事故是核能史上第一起反应堆堆芯融化事故，自发生至今一直是反核人士反对核能应用的有力证据。 三哩岛核泄漏事故虽然严重，但未造成严重后 果，究其原因在于安全壳发挥了重要作用,凸现了其作为核电站最后一道安全防 线的重要作用。在整个事件中，运行人员的错误操作和机械故障是重要的原因， 提示人们，核电站运行人员的培训、面对紧急事件的处理能力、控制系统的友好 性等细节对核电站的安全运行有着重要影响。此事件最大的影响是增加核电厂的安全性及成本，因此在能源价格低廉且温室效应尚未影响人类的时代，够安全的核电厂在经济上还是不能与排气够干净的燃煤 发电厂竞争。3 .三哩岛核事故

8、发生过程详细记录今天是星期三，1979年3月28日。时间是凌晨4点之前。反应堆目前运行正常逝去的时间发生的事情0秒因微小的功能失误，二回路的泵自动停机。1秒:控制室内响起了报警声。2秒因为热量不再传递到二回路，一回路的水压和水温上升。这是正常 的，无需关注。3秒:POR（卸压阀）自动打开，将蒸汽释放到储存罐。4秒二回路内备用泵自动启动。但是，这些泵被切断阀与系统分开。操 纵员以为这些泵正在按要求运行。9秒由硼和银制成的控制棒下降，减慢了堆芯内的核连锁反应。但热量 仍在产生。在这种状态下，堆芯产生的能量足以给 18000户家庭提 供照明。PORVT熄灭了，表明阀门现在关闭了。阀门实际上是开启 的

9、。蒸汽和水继续从PORV流出，造成LOCA（冷却剂丧失）。2分EIW（应急注水）启动，水流入一回路。这是一个安全装置，以在发生LOCA寸将水保持在安全水位。操纵员没注意到这件事情的发 生-在并没有泄漏发生时，EIW在过去的时间内自己启动了多次。4分30秒操纵员观察到一回路水位在上升、压力在下降。他们关闭了EIW。水位看上去仍在上升。水位实际上在下降。水和蒸汽现在从PORV释放出去。8分一个操纵员注意到二回路备用泵的阀门处于关闭状态。他打开了阀 门。二回路一侧现在运行正常。15分此时大约3000加仑水流出了一回路。检查放射性水平的仪表没有 启动警报，因此操纵员仍没有理由怀疑发生了LOCA45分一

10、回路水位继续下降。控制室的仪表错误地显示水位上升。1小时20分推动水在一回路内流动的泵开始剧烈地抖动。这是由经过泵的蒸汽 造成的。四个泵中的两个被关闭了。1小时40分另两个泵也关闭了。由于现在不再和水一起循环，一回路的蒸汽增 多了。同样，由于水不在循环，堆芯继续升温，把更多的水转化成 蒸汽。2小时15分水不再覆盖堆芯的顶部。来自暴露堆芯的热量迅速将蒸汽变成过热 的蒸汽。控制棒反过来对过热的蒸汽做出反应，开始释放氢和放射 性气体。它们也是通过PORX释放的。2小时20分下一班的一个操纵员上班了，注意到 PORV排放温度异常地高。他 关闭PORV&用泵制止泄漏。自PORVS一次打开后已有2

11、5万多加 仑的放射性冷却水被排放了。操纵员仍未意识到一回路的水位已经很低。回路内的水继续蒸发掉，对堆芯造成更多损害，产生更多的热量、更多的放射性。2小时30分操纵员收到了第一个指示：辐射水平在上升。2小时45分辐射警报响了。宣布进入现场应急状态。现在堆芯的一半已暴露， 一回路水的放射性已达到其正常水平的 350倍。3小时更咼的辐射水平促使宣布进入全面应急状态。堆芯内的高温使部分人相信堆芯已暴露；其他人不相信温度读数。7小时30分即使操纵员向一回路泵水，压力依然很高。PORVS被打开以降低压 力。9小时安全壳内氢气爆炸，造成控制室仪表上压力达到峰值及可听见的砰 击声。峰值被认为是电气故障造成的；

12、砰击声被至少部分人认为是 通风机阻尼器的声音。15小时50分一回路的泵被启动了，使水环绕堆芯循环。堆芯温度终于得到控制， 虽然堆芯的一半已经熔化，部分已经分解。一回路内仍有氢气。现在通向熔化的路径已被切断，辐射泄露的严重问题必须予以解决。、经验教训三哩岛事故30周年：五个经验教训作者 Larry Foulke每当我问匹兹堡大学学生“ TMI”代表什么时，他们的回答是：“ Too much information ” （意为“太多信息”，首字母缩写即为“ TMI”）。这样的回答可 以得到宽恕，因为他们都出生于1979年三哩岛核事故之后。对老一辈来说，“ TMI”当然指“三哩岛核事故”。因此，我告

13、诉我的学生们所 发生的、未发生的及我们所学到的一切。我特别强调了事故原因：冷却故障 一伴随着以无法预料的方式相互作用的多重故障及主控室操纵员的困惑一导致三哩岛核电站二号机组反应堆堆芯发生部分熔化 （三哩岛二号机组发生事故，一号 机组至今仍在运行）。反应堆堆芯损毁。一些放射性气体几天后释放，但其数量 不足以对当地居民造成高于本底水平的辐照。除造成短暂的精神损害外，TMI事故没有造成人身伤亡或对人体健康不利的影 响。事实上，自1957年第一座民用Shippingport核电站运行以来，在美国还没 有因哪个商运核电站产生辐照泄漏而导致一例死亡。我们已开展多项独立的调查以评估 TMI事故对周围环境和人

14、类产生的影响，但没 有发现任何疾病，例如可能与该起事故有关联的癌症。2003年12月，联邦上诉法院撤销了 2000名原告要求电站原业主赔偿损害的合并案。法院称原告不能出 示证据证明其受到一定辐照足以对其健康产生不利影响。调查中并未发现由于 TMI事故癌症患病范围有所扩大，但调查人员确实发现了事故对当地居民产生心 理紧张的证据。并且如果我们不断夸大低浓度放射与核电的危险程度，这类心理紧张还会持续下去。TMI事故大大促进了当今渗透核能工业的核安全文化的形成。TMI这一令人屈辱的经历改变了核能工业的心理定势：从盲目自得的心理定势转变成不断加强警惕 性的心理定势。就像核能学院执行副院长An gel i

15、na Howard在TMI事故发生二 十五年后所说的：“这场灾难促使核能工业发生了积极的变化。”核能领域的所有部门一管理者、员工、设计人员和法规制定者一都开始意识到了自身的责任。TMI教会了我们很多。TMI之前，核能工业很少人会相信反应堆操纵员不能识别 一个卡开式卸压阀。更没有人相信操纵员会在冷却剂不足的情况下减小安注流 量。人类从中汲取了许多经验教训，这些都完全详实地记录在关于TMI事故的书籍中。下面我与大家分享一下我从中学到的五个最重要的经验教训： 需加强对操纵员的培训。TMI事故的最重要的反馈之一是加强培训，培训可以 让反应堆操纵员更好地理解电站运行的理论与实际，可为其评判和处理不熟悉状

16、 况打下坚实基础。 目前，持照反应堆操纵员的培训是在真实电厂全范围模拟机 上进行的。 全范围模拟机允许操纵员在各种事故工况下进行练习和测试，使之 成为技能熟练、知识渊博的反应堆操纵员。需加强对全球核能知识的共享 TMI 促进了建立以亚特兰大为基地的核动力运行 研究所及国家核电培训学院。 这两个工业组织有效促进了核电站运行的良好业 绩，并有效地实施了他们的培训计划。INPO对核电站管理和运行方式有着巨大的促进作用。TMI事故以来三十年间电站性能得到了稳步提升，这就是一个证 明。 电站容量因子（电站平均发电量与额定发电量之间的比值）从 1979 年的 58.4%增加到 2007 年的 91.8%，

17、同时重大事故平均发生率从 1989 年的每年 0.9 起降至 2006 年的每年 0.01 起。裂变产物不会泄漏至环境 TMI 事故使人们开始关注 “源项” - 即重大事故中所 释放的放射性裂变产物的数量。从TMI的相关数据中我们了解到事故中不稳定裂变产物的释放量比 1962 年联邦取照标准所规定的释放量少三至四个数量级。 这个发现促使橡树岭国家实验室和其他实验室进行了相关实验，实验结果表明， 在模拟事故中许多裂变产物发生反应生成悬浮微粒， 微粒附着在墙上或沉积在安 全壳内部。 安全壳的密封性并不是减少裂变产物泄漏至生物圈的一个重要原因。 这一发现导致核管会（NRC在1995年对源项作出了更为

18、实际的修改。 从那时起, 人们进行了大量实验验证从燃料、一回路系统、安全壳中释放裂变产物的时间、 数量及控制过程。 如今，已大大降低了事故中可能泄漏的源项数量级。主控室情况复杂、管理不善，未能提供重要信息。TMI时期电站主控室的设计没有考虑到操纵员的需求。 事故时主控室的一位操纵员 Craig Faust 说：“我 当时很想把报警盘扔掉， 它并没有给我们任何有用信息” 。 雪崩般的报警使操 纵员震惊和紧张。 主控室并没有以便捷的、 可理解的方式提供必要信息。 事故 后对重要安全系统进行了一些改进以便探测和缓解堆芯冷却不足及事故后的工 况。 下一代反应堆主控室设计中将考虑到人的因素，将用计算机技

19、术按优先顺 序排列操纵员接收的信息。核事故的后果没有想象的严重假想的“最严重事故”发生了 - TMI2号机组堆 芯溶化了。 但没有发现“中国综合症。” 尽管操纵员有失误，但没有造成成千 上万的伤亡。 相似地，除了极少的致命甲状腺癌之外，切尔诺贝利事故伤亡人 数基本上限于第一批反应者，比预计的数量要少得多。 虽然我们学到了这些经 验教训，但是我们决不可以回到 TMI事故前的那种自满的心态。我想解释一下 Theodore Rockwell 在他的书创造新世界中所说的：“ TMI 那段令人屈辱的经历必将会被逐渐遗忘成为历史， . . 我们相信，安全标准将会 有所降低直至发生下一次屈辱的经历。 但是我

20、们也了解到这类事故影响的灾难 性情景是纯属虚构的。我们决不能忘记TMI，它教会了我们很多经验教训，同时也帮助我们对核事故中 实际发生的情况有了更加真实的了解。三、类似事故20世纪世界十大核事故美国时代杂志在三哩岛核事故30周年之际，对历史上发生的最 令人恐怖的核事故进行了回顾，评出“史上十大核事故”，希望以此提 醒世人，避免类似事故发生。十大事故如下：1.1979年3月28日三哩岛核电站事故三哩岛核电站2号反应堆发生的放射性物质外泄事故是美国历史上 最为严重的核电站事故，尽管此次事故并没有造成人员伤亡。2.1966年1月17日帕利马雷斯氢弹事故在西班牙海岸上空进行加油时，美国一架B-52轰炸机

21、与KC-135加油 飞机发生相撞。撞击之后，加油机彻底毁坏，B-52轰炸机惨遭解体，所 携带的4枚氢弹“逃离”破裂的机身。其中两枚氢弹的“非核武器”撞 地时发生爆炸，致使490英亩（约合2平方公里）的区域被放射性钚污染。 搜寻人员在地中海发现了其中一个装置。3.1986年4月26日切尔诺贝利核泄漏事故切尔诺贝利核泄漏事故被称之为历史上最严重的核电站灾难。1986 年4月26日早上，切尔诺贝利核电站第4号反应堆发生爆炸，更多爆炸 随即发生并引发大火，致使放射性尘降物进入空气中。据悉，此次事故 产生的放射性尘降物数量是在广岛投掷的原子弹所释放的400倍。4.1968年1月21日图勒核事故1由于舱内起火，