三哩島核事故

三哩島核事故（The Three Mile Island Accident）又稱三哩島核泄漏事故，簡稱TMI-2事故，是1979年3月28日發生在美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三哩島核電站（Three-Miles Island Nuclear Generating Station，TMI）的一次部分堆芯熔毀事故。這是美國核電歷史上最嚴重的一次事故，被國際核事件分級表列為五級核能事故。事故發生後，全美震驚，核電站附近的居民驚恐不安，約20萬人撤出這一地區。美國各大城市的民眾和正在修建核電站的地區的居民紛紛舉行集會示威，要求停建或關閉核電站。美國和西歐一些國家政府不得不重新檢查發展核動力計畫，其中，之後30 餘年，美國都沒建起新的核電站。

基本介紹

• 中文名：三哩島核事故
• 外文名：TheThree Mile Island Accident
• 別稱：三哩島事件、三里島事故
• 日期：1979年3月28日
• 地點：美國賓夕法尼亞州

三哩島核電站

三哩島核電站位於美國賓夕法尼亞州首府哈里斯堡東南16km附近的薩斯奎哈納河三哩島。三哩島核電站共有兩個機組，均採用壓水堆結構。發生事故的2號機組設計裝機容量906MW，熱效率可達35%。三哩島核電站有4座164米高的冷卻塔，每分鐘會有1700噸的水被抽入冷卻塔，40噸的水會變成蒸汽。

三哩島核電站兩個機組都是由美國巴布科克（Babcock）和威爾科克斯（Wilcox）公司設計。1號機組（TMI-1）設計裝機容量852MW，耗資4億美元，於1974年4月19日第一次併網，1974年9月2日開始商業運行。TMI-1設計壽命40年，並於2009年延壽20年。2號機組（TMI-2）與1號機組相似，但設計裝機容量為906MW，於1978年2月8日獲得運行執照，3月28日達到臨界，10月30日正式商業運行。1979年3月28日發生了美國商用核電站歷史上最嚴重的事故。

位於薩斯奎哈納河的三哩島核電站

TMI-2由177盒燃料組件構成直徑為3.27m，高3.65m的反應堆堆芯。堆芯放在直徑為4.35米，高為12.4m的碳鋼壓力容器內。每個燃料組件內有208根燃料元件，按1515柵格排列。燃料為富集度是2.57%的二氧化鈾，包殼材料為Zr-4。

反應堆有兩個環路，每個環路上有兩台主泵和一個直流式蒸汽發生器。一次冷卻劑壓力為14.8MPa（表壓），出口溫度為319.4。反應堆壓力由一個穩壓器維持。穩壓器通過一個電動閥（PORV）與反應堆冷卻劑排放箱相連，當穩壓器壓力達到15.5MPa時，穩壓器卸壓閥自動開啟，將冷卻劑排放到穩壓器卸壓箱。

專設安全設施包括反應堆控制棒、高壓注射應急堆芯冷卻系統（ECCS），含磞水箱和安全殼ECCS再循環水坑等。

事故

起因

TMI-2反應堆事故的原因由設備故障、電站維修人員的失誤和操作人員的判斷錯誤綜合造成的。事故的最初是由於二迴路的給水泵出現故障，備用泵按照預設的程式啟動，但兩天前維修輔助給水系統時忘記打開隔離閥，導致輔助給水系統沒有投入運行。繼而二次側蒸汽發生器水位逐漸乾涸，堆芯產生的熱量無法及時排出，而在反應堆中心聚集，堆芯壓力上升，導致穩壓器超過設定壓力，卸壓閥開啟，放出堆芯內部分汽水混合物。

但是當反應堆自動停堆後，壓力下降至正常值，卸壓閥由於故障未能自動回座，使堆芯冷卻劑繼續外流，壓力降至正常值以下，高壓安注系統自動啟動，向堆芯注入冷卻水。但反應堆操作人員未判明卸壓閥沒有回座，由於穩壓器滿水位而誤判為水位過高，錯誤地關閉應急堆芯冷卻系統，停止向堆芯內注水。

一系列失誤操作的結果使反應堆堆芯冷卻水逐漸喪失，部分燃料棒鋯包殼和鈾燃料熔化，大量放射性物質，特別是氙、氪之類的氣體與碘一起從反應堆釋放出來，並有少量放射性物質隨部分冷卻水的泄露而釋放。

經過

1979年3月28日早晨4點，TMI-2反應堆運行在97%額定功率下。3個運行人員在維修淨化給水的離子交換系統，忙於把7號凝結水淨化箱內的樹脂輸送到樹脂再生箱去。事故是由凝結水流量喪失觸發給水總量的喪失而開始的。幾乎與此同時，凌晨4時0分37秒主汽輪機跳閘。所有應急給水泵全部按設計要求啟動，但實際上流量因隔離閥關閉而受阻。這時，反應堆繼續在滿功率下運行，反應堆一迴路溫度和壓力上升，3s後達到穩壓器電動泄壓閥整定值15.5MPa。8s後，反應堆冷卻劑系統經歷預期的冷卻劑收縮、冷卻劑裝量損失，一迴路系統壓力下降。大約13s時，壓力達到穩壓器卸壓閥關閉整定值，它應該關閉但未能關閉。控制室內雖有一個指示燈有所反映，但由於沒有該閥狀態的直接指示，操作員誤以為該閥門已關閉。這樣，一迴路冷卻劑就以大約0.0126m/s的初始速度向外漏水，壓力容器水位在下降，這相當一個小破口失水事故。

在二迴路，雖有三台應急給水泵在運行，但在例行試驗時，泵向蒸汽發生器供水管路上的兩個隔離閥忘記打開，這樣就沒有水能達到蒸汽發生器。失去了二次側熱阱，反應堆一迴路系統繼續在加熱，蒸汽發生器水位繼續在下降，逐漸乾涸。

實際上，當進入事故大約2min時，高壓注射系統（HPI）自動觸發從換料水箱抽取含磞水送入堆芯，但是只運行了2min左右，操作員就關閉了一台HPI泵。這樣就造成了注入的水流量小於通過穩壓器卸壓閥所損失的冷卻劑流量。操作員這樣操作是因為他們看到穩壓器中出現了高水位指示，誤以為一迴路水量太多。過去培訓告訴操作員，當水位達到穩壓器完全充滿水（實心穩壓器）的刻度，是十分危險的，必須加以避免。在正常情況下，實心的穩壓器無法完成系統壓力的控制功能。實際上，穩壓器的高水位指示是由於卸壓閥開啟後，反應堆冷卻劑系統中形成了分散的或分布的空泡所造成的，導致水急劇地湧入穩壓器內。應該說，一迴路系統的布置並不能使壓力容器與穩壓器內冷卻水位之間存在直接的關係。這時，操作員仍然不知道發生了一個LOCA事故。大約73min時，操作員關閉了B環路兩台主泵，以避免主泵和相關管路的嚴重損壞，特別是防止泵軸損壞造成Seal LOCA。又在100 min時關閉了A環路內的反應堆冷卻劑主泵。至此，主系統的強迫循環全部中斷。操作員期望能夠依靠自然循環來避免堆芯過熱，但自然循環未能建立。

這時，堆內冷卻劑已不足以完全覆蓋堆芯。衰變熱繼續蒸乾冷卻劑。大約在主泵關停後10 min，反應堆冷卻劑出口溫度迅速上升，超過了儀表量程區域。在事故後大約2.5h，反應堆堆芯相當大部分已裸露，並經受了持續的高溫。這種工況導致了燃料損壞，堆芯裂變產物大量釋放以及氫氣的生成，堆芯已嚴重損壞。

直到事故後15時50分，成功地實現了強迫循環。一迴路系統壓力穩定在6.89~7.58 MPa（表壓）。表明了事故序列的結束。

事故應急

美國相關部門對這起事件的反應是迅速的。當日上午7 時45 分，美國核管理委員會設在賓州普魯士王市的辦公機構接到訊息。15 分鐘後，該機構位於華盛頓特區的總部發出警報，其行動中心動員起來，並派出一隊人員前往出事地點。與此同時，美國能源部、環境保護署也動員各自部門的反應部隊。9時15分，白宮接到了通知。11 時，所有無關人員被要求撤離核電站。一場美國史上前所未有的核危機就此拉開帷幕。

最初傳出的信息是模糊而矛盾的。三哩島核電站的運營公司稱局勢可控，但該地所屬市的市長辦公室官員在向白宮報告時，卻表達了對形勢惡化的擔憂，甚至擔心發生氫氣爆炸。在距離核電站16km外的哈里斯堡，賓州新州長正為是否馬上轉移可能受到影響的60萬民眾而苦惱，在這個問題上助手們意見不一。在160 km外的華盛頓，美國核管理委員會的官員也很焦慮，他們迫切需要可靠的信息，以便引導地方官員，並向總統提出建議。

如果說前48小時低估了事件的危險性的話，美國核管理委員會隨後又走向另一個極端，發布關於核泄漏危險性的報告。正是在該機構的建議下，30日，賓州州長下令核電站方圓5英里內的孕婦和兒童撤離，10 英里內的學校全部關閉。但很多人舉家逃到12英里外。直到6天后，出事反應堆堆芯溫度才開始下降，蒸汽泡消失，美國的各路專家得出一致結論：氫氣爆炸基本上不可能，危機基本解除了。

事故造成的影響

事故後果

在3個不同的時期里，堆芯曾有一部份或全部裸露過。

第一時期開始於事故發生後約100 min，堆芯至少有1.5 m裸露大約1 h。這是堆芯受到主要損壞的時期，此時發生強烈的鋯-水反應，產生大量氫氣，同時有大量氣體裂變產物從燃料釋放到反應堆冷卻劑系統中。

第二時期出現在事故發生約7.5 h，堆芯大約有1.5 m裸露了很短一段時間，與第一時期相比，燃料溫度低得多。

第三時期大約是在事故發生後11 h，此時堆芯水位降低到2.1 m與2.3 m之間，此段時間長約1~3 h，在此期間，燃料溫度再次達到很高的數值。

估計鋯氧化了30%~40%，堆芯上部三分之一嚴重損壞，燃料溫度升高到1350與2600之間。

估計事故中大約70%惰性氣體（Xe）、30%的碘和50%的銫以及少量其他裂變產物釋放進入了主冷卻系統。部分放射性物質通過開啟的卸壓閥進入了安全殼底部的泄壓箱。15 min後泄壓箱滿溢，爆破閥破裂，放射性水進入地坑，從而裂變氣體進入安全殼。此後，開始時曾有一部分放射性水被唧送至輔助廠房內的排水箱，造成部分放射性外逸。

另一條釋放途徑是操作員打開主系統下泄系統而造成的。操作員認為主系統水量過多，打開了下泄系統，將部分冷卻劑經淨化系統引入容積控制箱，從而與除氣系統相通。除氣系統將釋出的氣體壓縮至衰變箱並經過濾器排向煙囪。事故中主系統產生大量氣體，使得除氣系統超載，結果氣體便從容積控制箱的安全閥排出。

事故中運行人員接受了略高的輻射。但總劑量仍十分有限。對主冷卻劑取樣的人員可能受到30~40mSv輻照，事故中無人員受傷和死亡。

社會影響

三哩島核電站外80 km半徑內200萬人群劑量估計為33Sv，平均的個體劑量為0.015mSv。最大可能的場外劑量為0.83 mSv。平均每人受到的劑量不到一年內天然本底的百分之一，因此，三哩島事故對環境的影響極小。

儘管三哩島事故沒有造成一個人死亡，也沒有導致核電站被毀，但該事件的影響巨大。不考慮諸多賠償，三哩島電站僅2號堆的清理費用就達10億美元。而1號堆儘管可以使用，卻在此後遭到當地居民的反對，電站不得不向鄰州，甚至一度計畫向加拿大購買電力以維持當地居民供電。電站所屬的公司1979 年的收入下降31%，保險公司截至1980年2月，對因事故遭受損失的人的賠償已達1.3億美元。

更重要的是，由於三哩島事故，民眾對核電的信心受到相當大的打擊。附近有核電站以及有在建核電站的城市，民眾紛紛集會示威，要求停建或關閉核電站，首都華盛頓到處是反核標語。核泄漏和核武器試驗使得普通美國人對核輻射產生強烈擔憂，核電和核能成了一個備受批評和攻擊的議題。在當時，核能和核電已經具有不可替代的影響力，畢竟在經濟上它相當便宜，而且，核能使得美國部分擺脫對石油進口的嚴重依賴。

當時的總統吉米·卡特宣布了“美國不會再建設核電站”的決定。因為事故造成的後遺症，巴布科克和威爾科克斯公司最終倒閉。美國不再有與核電站相關的工程，該領域的佼佼者——西屋公司隨後將主導權轉讓給日本東芝株式會社，通過在國外建設核電站，勉強維持了命脈。在這一期間，韓國、日本及法國持續建設核電站，維持了國產化。進入21世紀，美國付出了停止建設核電站的代價。2000年，加利福尼亞州供電能力出現巨大缺口，紐約則因缺電在2003年經歷了一片漆黑。隨後，美國政府才改變計畫，整修舊核電站暫時緩解了缺電情況。近日，政府通過總統巴拉克·歐巴馬，發表了重新建設核電站的計畫。但是，在過去的31年裡，美國一直放棄了核電站建設，因此目前無法自行建設核電站。

截止到36年後的今天——2015年，美國核管局（NRC）於2012年才新批了2個核電站的4台機組，全是西屋公司設計的AP1000核電站，這兩個核電站分別為沃格特勒核電站（vogtle）和薩默爾核電站（summer）。