劉振乾譯（台電退休人員）
著者簡介: 石川 迪夫先生現任日本原子力技術協會最高顧問，曾任該協會理事長。曾任日本原子力研究所動力試驗爐部部長，後轉任北海道大學教授。本文為對電氣新聞之特別投稿。
要目：
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爐心狀況
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燃料棒仍確保其密封性
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當向爐心加水的時候
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DEBRIS(破片)狀態
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在水面下的燃料
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福島與三哩島(TMI)相似之處
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福島與三哩島(TMI)不同之處
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動用冷凝器的時機與決心
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兩事故之比較
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與車諾比事故不同之處
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結語
由三哩島(TMI)事故之事實經緯推測如今在福島核能一廠爐心到底發生何事?並就今後之變遷與對策緊急提出建議。
但是我本人現居住於HITACHI NAKA市的受災地，到14日為止整整3天的停電，與外界聯繫困難，新聞來源僅有收音機，14日晚間看電視才知道外界的狀況，因此缺乏具體的數值(實態資訊)。本文為從事實推理者，有細節處的錯誤在所難免。
爐心狀況
首先是爐心狀況，由三哩島事故的經驗，以水面為境界在其上與其下，其行為大大不同。在福島應該也是一樣，首先詳述這一點。
在水面下的燃料棒被水冷卻維持於健全的狀況。這是不用多說的。
另一方面，在水面上的燃料棒其周圍被蒸氣包圍，因而除熱的情形不佳。由於衰變熱溫度漸漸上升，當達到約攝氏900度的時候，與周圍的蒸氣產生反應而讓護套開始氧化。這反應為強烈的發熱反應，氧化一開始其附近的溫度會局部的上升。
達到約攝氏1300度的時候的反應變活潑，護套的溫度急遽上升。其結果，護套的外側被薄的氧化膜(二氧化鋯)所覆蓋，而護套的內表面從燃料丸(二氧化鈾)奪取氧氣而造成氧化膜。
燃料棒仍確保其密封性
也就是護套的內外表面都被薄的氧化膜所覆蓋，而護套的鋯合金(zirealoy)則如三明治般被夾在其中。我們要注意的是氧化膜的熔點比護套材料的鋯的熔點，攝氏1800度還要高。因此其中的鋯就溶出而在兩面薄的氧化膜中間流向下方堆積起來。另一方面，內外的氧化膜則黏在一起，受到反應爐的壓力而壓著於燃料丸，打個比方，燃料棒變為以保鮮膜將燃料丸包住的型態。因為氧化膜在高溫下仍呈現強韌，燃料棒即使發生稍微的變形仍然確保其密封性，而直立於水面上。在福島的事故，由水面露出的燃料之所以不會放出輻射的理由在此。並非不可思議，也不是偵測有誤。
當向爐心加水的時候
會讓上述狀況發生變化的是，當向爐心加水的瞬間。在溫度下降時氧化膜會變脆。加上一受冷氧化膜會收縮，燃料棒在燃料丸與燃料丸之間的交界被分斷，落下崩壞(不是熔融)，就像打翻玩具箱一樣在水中堆積。之所以能在水中堆積乃因為水面下的燃料棒仍是健全的。以上是發生於三哩島(TMI)事故時的爐心狀況。
DEBRIS(破片)狀態
在此要強調的是，崩壞落下的燃料棒只要浸於水中就一定被冷卻。這是因為有被稱為communication pass 的流經被分斷為小小的燃料棒之縫隙的水的冷卻效果。因此燃料不會熔融而保持DEBRIS(破片)狀態留下來。
總結來說，突出在水面上的燃料棒上方雖因發生氫氣而崩落，但沒有熔融而被冷卻，其結果維持了燃料丸的密封性(即保持輻射的效果)。
在水面下的燃料
問題在於在水面下的燃料。冷卻過燃料的水會變為蒸氣，不過流動的蒸氣受到壓在上方的破片所堵塞而無法衝往上方，只能橫方向的流動。也就是在DEBRIS(破片)的底下形成蒸氣帶(ZONE)，與剛才提到的水面上的燃料的狀態又重新在水面下呈現。只是這一部分的排熱狀況與水面上相比，惡化很多。因此護套的氧化熱累積起來造成燃料棒的熔融。發生爐心熔融。但是此熔融溫度並非一般所說的二氧化鈾之熔點攝氏2800度，而是鈾、鋯、氧之三元合金之熔點，約在攝氏2300度。此溫度不會讓混凝體熔解因此不會產生所謂的China Syndrome(中國症候群，意即爐心熔融穿透混凝體而到達中國之意)。
熔融爐心的下面與冷卻水接觸，變為如鑄鐵一般堅硬的CRUST(硬皮)。而其上則有熔融的燃料在橫的方向流動，與薄的不銹鋼製之爐心側板接觸而穿洞，從這些洞掉落的熔融燃料則結成直徑約15 ~ 20公分之球狀，在爐心底部被發現甚多此球狀體。
福島與三哩島事故相似之處
以上是三哩島事故的爐心熔融行為。福島核能電廠事故的爐心行為也與此類似。第一是因為水位下降而有燃料棒之上方約2公尺長很長時間露出水面上。有銫等核分裂輻射出現，乃是由於灌入海水引起燃料棒分斷的結果。而氫氣的產生導致爆炸也如眾所周知。TMI爐心在一星期後成功達成安定的冷卻。福島也同樣會成功。
福島與三哩島事故不同之處
福島與三哩島事故之不同之處，第一項是由於福島為BWR(沸水式反應爐)，在爐心上部有汽水分離器的結構。此結構形成對將爐心的蒸氣往圍阻體上部流出的阻礙，而將蒸氣留在爐心讓海水比較不容易進入。與三哩島相比，BWR具有比較不容易冷卻熔融爐心的地方。
還有燃料有燃料匣(Channel Box) 的問題。關於這問題有明暗兩種說法。但是前述的爐心熔融行為比較相似，因此Channel Box並非具決定性影響的因素。可不考慮。
動用冷凝器的時機與決心
另一個很大的不同之處在於三哩島的爐心的安定冷卻是靠一次冷卻水幫浦(相當於福島之再循環幫浦)的工作達成的。在三哩島的PWR(壓水式反應爐)，其一次冷卻系統與汽機(Turbine) 系統是明確的分離絕緣，因此冷卻能力高的汽機冷凝器(condenser)不會因為一次冷卻水幫浦的啟動而受到輻射汙染，得以輕鬆的啟動一次冷卻水幫浦。經此強制冷卻，熔融爐心凝固下來，獲得安定冷卻。
然而在BWR，即使啟動再循環幫浦，如果沒有冷凝器的幫忙，只是攪動爐心的水而已。對降低爐心溫度是不見功效的。不過如果動用到冷凝器就要冒將具高濃度汙染的反應爐冷卻水送往只有輕裝的遮蔽設備的汽機間之危險。其時機與決心將影響何時能獲得反應爐之安定冷卻狀態。
兩事故之比較
反應爐安全的關鍵在於停機、冷卻、封閉三步驟。這句話也表明了安全上的重要的順序。在福島反應爐全部成功的停機。其次是冷卻。因此最需要的是能送水的動力，臨時電源之急迫性可想而知。
再來談讓事故發展的元凶，氫氣爆炸。三哩島事故也發生氫氣爆炸。事故發生後約10小時後，在圍阻體內發生巨大的爆炸。由事故後的計算得知其爆炸的氫氣量，相當於燃料護套的約一半都氧化的量。上述的量相當於福島1、3號機中，
爐心的約一半在水面上的情形。在三哩島，圍阻體無破損。而福島的情形，爆炸發生於圍阻體之外，把反應器間廠房炸得慘不忍睹。
三哩島事故的時候，約一千名周邊的居民接受到輻射。其量最大的有1毫西弗，平均為0.01毫西弗。為了降低圍阻體的壓力而打開VENT(排氣閥)時之輻射強度，在廠址上空為約1.2rem(侖目) (相當於12毫西弗)，也與福島之VENT開放時之輻射值很接近。曾經在廠址內有過400毫西弗之劑量，這是因為用過燃料池的水位降低之故，只要達成注水就可將輻射強度降下來。這次的災害應可與三哩島事故相同，將輻射災害抑制到輕微的程度。
與車諾比事故不同之處
稍微偏離主題，有一些人將福島事故喧染為車諾比事故之捲土重來。我不知其論點，但以輻射災害來說，福島事故沒有可能發展為像車諾比事故之世界性的污染。其理由為沒有將輻射打到JET氣流(喷射氣流)之石墨火災。加上冷卻水的溫度低，只有稀有氣體及碘等沸點較低的輻射會放到大氣中。這是與車諾比事故不同類型的事故。(車諾比事故時有火災，其火炎溫度高達約1500度，在1500度可氣化之物質都外洩於外界，而福島事故輻射主要來自用過燃料池，放出「由水的蒸發溫度可形成氣體之物質」)
結語
以上是福島核能一廠的1 ~ 3號機之事故狀況之推測。由於海嘯失去所有動力源之條件下，為了事故之靜定，對減輕災害而做必死之苦鬥之有關人員，獻上無限的感佩。雖有發生爆炸，造成反應器間廠房受損而有自責，然而仍有爐心安定冷卻之工作尚待完成。請再加油。事故災害瞬息萬變。我也將鞭策老骨，盡力協助。
來源: 電氣新聞 2011/3/18 【標題(含內文之標題)為譯者自加】
後記: 根據2011 /3/.23電氣新聞(頭版)的報導，石川先生於18日在日本外國特派員協會召開記者會，說明上述見解。
