原文來自MIT的研究科學(xué)家JosefOehmen博士
　　日本核泄漏確實(shí)已經(jīng)發(fā)生，但是在將來不會有任何顯著的泄露。“顯著泄露”大概會是個什么程度？打個比方說，可能比你乘坐一趟長途飛行，或是喝下一杯產(chǎn)自本身具有高程度自然輻射地區(qū)的啤酒，所受到的輻射要多一些。
　　從地震發(fā)生以來的所有新聞報道?？梢哉f幾乎沒有一篇是準(zhǔn)確或是無誤的，其中大量的關(guān)于物理和自然規(guī)律的錯誤，及大量對于事實(shí)的錯誤解讀。接下來我們會告訴大家一些關(guān)于核反應(yīng)堆的基本原理，然后解釋目前正在發(fā)生的是什么。
　　福島核電站的反應(yīng)堆屬于“沸水反應(yīng)堆”（BoilingWaterReactors），縮寫B(tài)WR。沸水反應(yīng)堆和我們平時用的蒸汽壓力鍋類似。核燃料對水進(jìn)行加熱，水沸騰后汽化，然后蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)產(chǎn)生電流，然后蒸汽冷卻后再次回到液態(tài)，然后再把這些水送回核燃料處進(jìn)行加熱。蒸汽壓力鍋內(nèi)的溫度通常大約是250攝氏度。
　　上文提到的核燃料就是氧化鈾。氧化鈾是一種熔點(diǎn)在3000攝氏度的陶瓷體。燃料被制作成小圓柱（想像一下就像樂高積木尺寸的小圓柱）。這些小圓柱被放入一個用鋯錫合金（熔點(diǎn)2200攝氏度）制成的長桶，然后密封起來。這就是一個燃料棒（fuelrod）。然后這些燃料棒被放到一起組合為一個更大的單元，然后這些燃料單元被放入反應(yīng)堆內(nèi)。所有的這些，就是一個核反應(yīng)堆核心（core）的內(nèi)容。
　　鋯錫合金外殼是第一層護(hù)罩，用來將具有放射性的核燃料與世隔絕。然后核心被放入“壓力容器”中，也就是我們之前提到的蒸汽壓力鍋的比喻。壓力容器是第二層護(hù)罩。這是一個堅固結(jié)識的大鍋，設(shè)計用于容納一個溫度可能達(dá)到數(shù)百攝氏度的核心。在核心降溫措施恢復(fù)前，壓力容器起到一定的保護(hù)作用。
　　一個核反應(yīng)堆的所有的這些“硬件”——壓力容器，各種管道，泵，冷卻水，然后被封裝到第三層護(hù)罩中。第三層護(hù)罩是一個完全密封的，用最堅固的鋼和混凝土制成的非常厚的球體。第三層護(hù)罩的設(shè)計，建造和測試只是為了一個目的：當(dāng)核心完全熔融時，將其包裹在其中。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，在壓力容器（第二層護(hù)罩）的下方，鑄造了一個非常巨大厚實(shí)的混凝土大碗，這一切都在第三層護(hù)罩的內(nèi)部。這樣的設(shè)計就像是為了“抓住核心”。如果核心熔融，壓力容器爆裂（并且也最終融化的話），這個大碗就可以裝下融化了的燃料及其他一切。這個大碗設(shè)計成讓融化的燃料能夠向四周鋪開，從而實(shí)現(xiàn)散熱。
　　在第三層護(hù)罩的周圍包裹的是反應(yīng)堆廠房。反應(yīng)堆廠房是一個將各種風(fēng)吹雨打擋住的外殼。（這也是在爆炸中被毀壞的部分，我們稍后再說）
　　福島第一核電站一號機(jī)確實(shí)是通用電氣的MarkI型沸水堆。新聞里露出鋼筋的部分是最外部的廠房，里面的安全殼應(yīng)該沒事。
　　核反應(yīng)的一些基本原理
　　鈾燃料通過核分裂產(chǎn)生熱量。大的鈾原子分裂成更小的原子，這樣就產(chǎn)生熱量及中子（構(gòu)成原子的一種粒子）。當(dāng)中子撞擊另外一個鈾原子時，就觸發(fā)分裂，產(chǎn)生更多的中子并一直繼續(xù)下去。這就是核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
　　而現(xiàn)在的情況時，當(dāng)一堆燃料棒湊在一起時就會很快導(dǎo)致過熱，然后在45分鐘后就會導(dǎo)致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反應(yīng)堆內(nèi)的燃料棒是絕對不可能導(dǎo)致像原子彈那樣的核爆炸的。制造一顆原子彈實(shí)際上是相當(dāng)困難的（不信你們可以去問問伊朗）。當(dāng)年切爾諾貝利的情況是，爆炸是由于大量的壓力積攢，氫氣爆炸然后摧毀了所有的護(hù)罩，然后將大量的融化的核心揮灑到了外界（就像一顆“臟彈”）。這樣的情況為什么在日本沒有發(fā)生，及為什么不會發(fā)生，請繼續(xù)看下面。
　　為了控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，反應(yīng)堆操作員會用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，從而瞬間停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。一個核反應(yīng)堆是這樣設(shè)計的：當(dāng)一切正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，所有的控制棒是不會用到的。冷卻水會在核心產(chǎn)生熱量的同時帶走熱量（并轉(zhuǎn)化為蒸汽和電力），并且在常規(guī)的250攝氏度的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下還有許多余地。
　　而挑戰(zhàn)在于將控制棒插入并停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)后，核心依然在產(chǎn)生熱量。雖然鈾元素的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)已經(jīng)停止，但是在鈾元素的核裂變過程中會產(chǎn)生一些具有放射性的副產(chǎn)品，比如銫和碘同位素，這些元素的放射性同位素會最終衰變?yōu)楦〉脑?，然后失去放射性。在這些元素的衰變過程中，也會產(chǎn)生熱量。因為它們不會再從鈾元素中產(chǎn)生（在控制棒插入之后鈾元素就停止衰變了），所以它們的數(shù)量會越來越少，然后在衰變結(jié)束的過程中，大約幾天時間內(nèi)，核心就會最終冷卻下來。
　　目前讓人頭痛的就是這些余熱。
　　核反應(yīng)堆內(nèi)的第一類放射性物質(zhì)就是燃料棒中的鈾元素，及放射性副產(chǎn)物銫和碘同位素。這些物質(zhì)都在燃料棒內(nèi)部。
　　而除此之外，還存在第二類放射性物質(zhì)，產(chǎn)生于燃料棒外部。而首先需要說明的是，這些外部的放射性物質(zhì)的半衰期都非常短，這意味著它們會在很短的時間內(nèi)衰變?yōu)闆]有放射性的物質(zhì)。“很短”的意思就是幾秒。所以即使這類放射性物質(zhì)被釋放到自然環(huán)境中，他們也是毫無危害的。為什么呢？因為大約就你在讀完“R-A-D-I-O-N-U-C-L-I-D-E”的這幾秒內(nèi)，這類物質(zhì)就衰變到完全不具有放射性了。這類放射性物質(zhì)就是氮-16（N-16），也就是氮?dú)猓?gòu)成大氣的氣體之一）的具有放射性的同位素。另外就是一些稀有氣體比如氬。但是這些物質(zhì)是如何產(chǎn)生的呢？當(dāng)鈾原子裂變時，會產(chǎn)生一個中子。大部分的這些中子都會撞擊到其他的鈾原子由此鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就一直持續(xù)發(fā)生。但是其中的一些會離開燃料棒并撞擊到水分子，或是冷卻水中的空氣。然后，一個不具有放射性的元素就會“捕獲”這個中子，并變得有放射性。而就如前文所述，在數(shù)秒內(nèi)它就會衰變到它本來的面目。
　　上面所描述第二類的放射性物質(zhì)在我們接下來要討論的核泄露中非常重要。
　　福島到底發(fā)生了什么
　　接下來我會試著去總結(jié)目前的主要事實(shí)。沖擊核電站的地震的威力是核電站設(shè)計時所能承受的威力的五倍（里氏震級之間的放大倍數(shù)是對數(shù)關(guān)系，所以8.9級地震的威力是8.2級，即核電站的設(shè)計抗震威力的5倍，而不是0.7的差異）。所以我們首先為日本的工程技術(shù)水平喝彩，至少一切目前是保下來了。
　　當(dāng)8.9級地震沖擊核電站時，所有的反應(yīng)堆就自動關(guān)閉了。在地震開始后的數(shù)秒內(nèi)，控制棒就插入到了核心內(nèi)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)即刻中止。而此時，冷卻系統(tǒng)就開始帶走余熱。這些余熱相當(dāng)于反應(yīng)堆正常運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的3%的熱量。
　　地震摧毀了核反應(yīng)堆的外部電力供應(yīng)。而這是核反應(yīng)堆能夠遇到的最嚴(yán)重的故障之一，因此，在設(shè)計核反應(yīng)堆的備用系統(tǒng)時，“電站停電”是一種被高度關(guān)注的可能性。因為核反應(yīng)堆的冷卻泵需要電力以維持運(yùn)轉(zhuǎn)。而反應(yīng)堆關(guān)閉后，核電站本身就不能產(chǎn)生任何電力。
　　在地震發(fā)生后的一小時內(nèi)一切情況是平穩(wěn)的。為緊急情況而準(zhǔn)備的多組柴油發(fā)電機(jī)中的一組啟動，為冷卻泵提供了所需的電力。然后海嘯來了，比核電站設(shè)計時所預(yù)料的規(guī)模要更巨大的海嘯，摧毀了所有的柴油發(fā)電機(jī)組。
　　在設(shè)計核電站時，工程師們所遵循的一個哲學(xué)就是“縱深防御”。這意味著你首先需要為了你能夠想象到最災(zāi)難的情況設(shè)計防衛(wèi)措施，然后為了你覺得可能絕對不會發(fā)生的子系統(tǒng)故障設(shè)計方案，以確保即使這樣的可能絕對不會發(fā)生的故障發(fā)生后，核電站依然可以安全。而一場巨大的摧毀所有柴油發(fā)電機(jī)組的海嘯就是這樣的一種極端情況。而所有的防衛(wèi)的底線就是前面提到過的第三層護(hù)罩，將一切可能發(fā)生的最糟糕情況——控制棒插入或者未插入，核心融化或者未融化——容納于其中。
　　當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組被沖走后，反應(yīng)堆操作員將反應(yīng)堆切換到使用緊急電池。這些電池被設(shè)計為備用方案的備用方案，用于提供給冷卻系統(tǒng)8個小時所需的電力，并且也確實(shí)完成了任務(wù)。
　　而在這8個小時內(nèi)，需要為反應(yīng)堆找到另外一種供電措施。當(dāng)?shù)氐妮旊娋W(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被地震摧毀。柴油發(fā)電機(jī)組也已經(jīng)被海嘯沖走。所以最后通過卡車運(yùn)來了移動式柴油發(fā)電機(jī)。
　　整個事件從這一刻起開始變得糟糕。運(yùn)來的柴油發(fā)電機(jī)無法連接到電站（因為接口不兼容）。所以當(dāng)電池耗盡后，余熱就無法再被帶走。
　　在這個點(diǎn)上反應(yīng)堆操作員開始按照“冷卻失靈”的緊急預(yù)案進(jìn)行處理。這是“縱深防御”中的更進(jìn)一層。理論上供電系統(tǒng)不至于徹底失效，但是現(xiàn)實(shí)如此，所以操作員們只能退到“縱深防御”中更進(jìn)一層。這一切，無論對我們看起來多么不可思議，但卻是反應(yīng)堆操作員的培訓(xùn)的一部分——從日常運(yùn)營到控制一個要融化的核心。
　　于是在這個時候外界開始談?wù)摽赡馨l(fā)生的核心熔融。因為到了最后，如果冷卻系統(tǒng)無法恢復(fù)，核心就一定會融化（在幾個小時或是幾天內(nèi)），然后最后一層防線——第三層護(hù)罩及護(hù)罩內(nèi)的大碗，就將經(jīng)受考驗。
　　但是此時最重要的任務(wù)是在核心持續(xù)升溫時控制住，并且確保第一層護(hù)罩（燃料棒的鋯錫合金外殼），及第二層護(hù)罩（壓力容器）能夠保持完整并盡可能多工作一段時間，從而讓工程師們能夠有足夠的時間修好冷卻系統(tǒng)。
　　既然讓核心冷卻是那么重要的事情，因此反應(yīng)堆內(nèi)實(shí)際上有多個冷卻系統(tǒng)（反應(yīng)堆給水清潔系統(tǒng)，衰變降溫系統(tǒng)，反應(yīng)堆核心隔離冷卻系統(tǒng)，備用水冷系統(tǒng)，及緊急核心冷卻系統(tǒng)）。而究竟哪一個失效了或是沒有失效在此時無法得知。
　　所以想像一下，一個在爐子上的壓力鍋，持續(xù)地，慢慢地在進(jìn)行加熱。操作員在采取各種手段去消除其中的熱量，但是鍋內(nèi)的壓力在持續(xù)上升。于是當(dāng)務(wù)之急是保住第一層護(hù)罩（熔點(diǎn)為2200攝氏度的鋯錫合金），及第二層護(hù)罩——壓力容器。而為了保住第二層護(hù)罩，其中的壓力就需要時不時進(jìn)行釋放。因為在緊急時刻進(jìn)行壓力釋放是一件重要的事，所以反應(yīng)堆共有11個用于釋放壓力的閥門。操作員開始通過時不時地旋松閥門來釋放壓力容器內(nèi)的壓力。此時壓力容器內(nèi)的溫度是550攝氏度。
　　這就是關(guān)于“輻射泄露”的報道開始的時刻。我在上文中解釋了為什么釋放壓力的同時實(shí)際上會釋放第二類放射性物質(zhì)（主要是N-16和氬），及為什么這樣做其實(shí)毫無危險。放射性氮元素和氬對于人類健康沒有威脅。
　　而就在旋松閥門的過程中，發(fā)生了爆炸。爆炸發(fā)生在第三層護(hù)罩外部，反應(yīng)堆廠房內(nèi)。反應(yīng)堆廠房不具有隔絕放射性物質(zhì)的功能。雖然目前并不清楚到底發(fā)生了什么，但是這是一個很有可能的場景：操作員決定讓壓力容器內(nèi)的蒸汽釋放到廠房內(nèi)，而不是直接到廠房外部（這樣可以讓放射性元素有更長的時間用于衰變）。而問題在于，由于核心內(nèi)的高溫，水分子會分解為氧和氫——一種易爆混合氣體，于是也確實(shí)在第三層護(hù)罩外爆炸了。歷史上也曾發(fā)生過一次類似的爆炸，不過是在壓力容器內(nèi)（因為壓力容器沒有設(shè)計好并且操作失誤），進(jìn)而導(dǎo)致了切爾諾貝利事件。而福島核電站不會有這樣的問題。氫氧混合氣體是在設(shè)計核電站時需要考慮的一個巨大問題，因此反應(yīng)堆在建造時就考慮到了不能讓這樣的爆炸發(fā)生護(hù)罩內(nèi)部。如果在護(hù)罩外部爆炸了，雖然也不是設(shè)想中的狀況但是可以接受，因為即使爆炸了也不會對護(hù)罩產(chǎn)生影響。
　　因此在閥門旋送時，壓力得以控制。而現(xiàn)在的問題時，如果水在一直沸騰的話，那么水位就會持續(xù)下降。核心大概被幾米深的水覆蓋，使得其能夠在空氣中暴露前堅持幾個小時或幾天。而一旦沒有水覆蓋，那么暴露的燃料棒就會在45分鐘后達(dá)到其2200攝氏度的熔點(diǎn)。而這樣就會導(dǎo)致第一層護(hù)罩，燃料棒的鋯錫合金外殼融化。
　　而這樣的事情正在開始發(fā)生。冷卻系統(tǒng)無法在燃料棒開始融化前恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不過燃料棒中的核燃料此時依然是完好的，但是包裹燃料的鋯錫合金外殼已經(jīng)開始融化。而目前正在發(fā)生的，就是一些銫和碘同位素開始隨著釋放出來的蒸汽，泄露到反應(yīng)堆外。最嚴(yán)重的問題——鈾燃料，目前依然是受控的，因為氧化鈾的熔點(diǎn)在3000攝氏度。目前已經(jīng)確認(rèn)的是，檢測到有一部分銫和碘同位素隨著蒸汽泄露到了大氣中。
　　這似乎是一個啟動“B計劃”的信號。通過在大氣中檢測到的銫和碘同位素，操作員可以確認(rèn)某一根燃料棒的外殼（第一層護(hù)罩）已經(jīng)存在破損。“A計劃”在于恢復(fù)某個常規(guī)冷卻系統(tǒng)。為什么這個計劃失敗目前并不清楚，而一種可能性是海嘯沖走或是污染了所有用于冷卻系統(tǒng)的純凈水。
　　用于冷卻系統(tǒng)的給水是非常純凈的，去除了所有礦物質(zhì)的水。使用純凈水的原因在于：純凈水很大程度上不會被激活，因此可以保持相對無輻射。而如果是臟水，那么更容易捕獲中子，進(jìn)而變得更加具有放射性。這不會影響到核心——因為核心不會被冷卻水影響。但是會使得操作員更難處理這些具有輕度放射性的活化水。
　　但是“計劃A”失敗了——系統(tǒng)無法冷卻，并且也沒有額外的純凈水。因此“計劃B”被啟動。而這就是目前正在發(fā)生的：
　　為了避免核心融化，操作員開始使用海水來冷卻核心。我不是十分清楚，他們是用海水浸泡住壓力容器（第二層護(hù)罩），還是淹住反應(yīng)堆外殼（第三層護(hù)罩）。不過這個不是我們現(xiàn)在要討論的。
　　要點(diǎn)在于核燃料現(xiàn)在確實(shí)已經(jīng)冷卻下來了。因為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)早就已經(jīng)停止，所以目前只有非常少量的余熱在產(chǎn)生。已經(jīng)使用了的大量冷卻水可以帶走這些余熱。因為是注入了大量的水，所以目前核心已經(jīng)無法再產(chǎn)生足夠的熱量去大幅度提升壓力。并且，海水中加入了硼酸。硼酸是一種“液體控制棒”。無論在發(fā)生什么樣的衰變，硼都可以捕獲產(chǎn)生的中子并進(jìn)一步加速核心的冷卻。
　　福島核電站曾經(jīng)十分接近核心融化。但是目前最壞的情況已經(jīng)被避免：如果沒有將海水注入，那么操作員就只能繼續(xù)旋松閥門以釋放壓力。第三層護(hù)罩必須完全密封，以避免其中發(fā)生的核心融化泄露出任何的放射性物質(zhì)，然后會經(jīng)過一段等待期，等待護(hù)罩內(nèi)的裂變副產(chǎn)品完成衰變，所有的放射性粒子會附著在護(hù)罩內(nèi)壁。冷卻系統(tǒng)最終會被恢復(fù)，融化的核心也會冷卻至一個可控的溫度。護(hù)罩內(nèi)部會被清理。然后需要做一項棘手骯臟的事情——將融化了核心移出，將凝固了的燃料棒及燃料一塊一塊地裝入運(yùn)輸裝置，然后運(yùn)送到核廢料處理廠進(jìn)行處理。根據(jù)損壞狀況，核電站的這塊區(qū)域需要進(jìn)行修理或是徹底拆除。僅供參考?！颈疚挠摄y河期貨供稿】