福岛排污︱过滤系统“一夫当关”:排海计划真的安全吗? (下)

撰文: 蔺思含 毛咏琪
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经过多年的讨论,日本将在一片质疑声中、于2023年夏季正式开始一项长达数十年的福岛核废水排放计划。《香港01》与福岛核电站的所有者、执行排海计划的东京电力公司进行独家专访,并访问日本与本港核专家,回答这些关键的问题。
本篇将详细探讨核处理水的排海流程,以及东电主要使用的过滤系统ALPS。

本文为系列报道四之二

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早在2013年,东电开始使用第一代“多核种去除设备”(ALPS)时,公司就声称污水中除氚以外的放射性物质可全部去除,甚至寄希望于装置的净化能力而只准备了足够应付运行前需要的储水槽,但ALPS装置从试行阶段就问题频生。2018年,日本共同社再披露处理水中的碘、铯等元素超标。

作为氚水工作组的前负责人山本一良教授就超标情况解释,ALPS装置中的吸附材料在当时大量的放射性物质释放出的情况下,吸到满了就应该要去更换,但在更换的时候也就中止了吸收,更换期间就有机会让放射性物质泄漏出来,“因为我们想避免这个情况,所以只好尽量不要中断吸收过程,因此只能将暂时超标的水储存在水缸当中。”

香港核学会主席陆炳林博士向记者指,所谓的吸附材料其实类似于日常生活中用的滤水器,“如果过滤器上真的很多放射性物质,那就是说过滤器要换得很密”,同样的道理也适用于ALPS净化装置。

香港01制图

当然,ALPS内部构造要比家用滤水器复杂得多。这个由日本东芝公司开发的系统包括两个沉淀预处理设施,但主体是用于吸附那些无法固化的核素的16个圆柱型吸附塔,内含适用于不同核素的吸附剂——一旦它们“吸满了”,就要暂时中断污水处理好进行更换,并把使用过的吸附剂放入专门贮存吸附剂的容器,避免上面附有的大量放射性物质泄漏。

2014年年底,日本政府成立的专案小组开始检讨如何正式废炉,“当时做了很多风险评估,最大重点是如何确保不要有任何超标的辐射量超出核电站范围以外,以此为最优先(事项)。”山本解释称,2018年日本共同社披露了处理水检测结果超标,实际上是对此前遗留下来的污水样本复检的结果,而这些是已经事先得到政府批准的不达标的处理水。但他也批评指:“东电在这方面的解释可能不充分。”

下图,ALPS系统内16座吸附塔原理有如巨型的空气净化器:

有关ALPS可靠性

尽管国际原子能机构(IAEA)在审查报告中确定了ALPS的效能,但过往许多事件使得外界对于ALPS的净化效果产生了难以消除的疑问。

直到现在,核电站的1000多个储水槽中仍然存有一些早期遗留下来的高放射性污染水。东电官方网站数据显示,目前除氚以外放射性元素达到排放标准的水只有32%,余下近七成则还需要再做净化,包括少量核素浓度达到排放标准的100至19,909倍的污水。

陆博士表示,即便装置效用经过认证,但实质操作中更换吸附剂的频率等会增加变数,因此“一定需要监测才排放”。他指许多核电站采用的净化系统如KURION,有经同行评审的研究论文去查证、了解实效,ALPS则没有这方面的资料,但他也承认,公开这些资讯并非行业内的常规操作,惟因“这是一场核事故,就不是一家公司的问题,如果要让大家安心,那当然最好是可以发布一些文章。”

东京电力公司ALPS处理水对策负责人松本纯一向《香港01》表示,ALPS内部的性能及状况在公司发布的放射线影响评估报告书中有明确记述,“但是具体的吸附材料物质名称及产品名称归属于供应吸附材料公司的知识产权,因此未有记述。”他又指出,每年会为ALPS进行一次定期保养,胶圈或填塞物等消耗品会有指定使用期限,并会定期更换。“ALPS设备本身没有明确规定寿命,但这次排海计划长达20-30年,今后我们亦计划更换或翻新ALPS系统。”

在被问到是否有第三方机构参与ALPS处理水的采样分析时,松本称,东电一直以来委托日本国内的化验机构进行测试,而IAEA在2022年2月和3月进行实地审查时也有与东电人员一起进行采样,测试结果将由IAEA公布,“据我们所知,应该是IAEA内部的研究所或第三方国家的研究所负责化验。”松本说。

对于会否邀请中、韩等第三方国家参与采样和检测废水的问题,日本经济产业省的核事故对应调整官田边有纪回应指“暂时没有任何计划”。

她还表示,“如果ALPS处理水经过检查是符合安全标准的,就算排出到大海都不会造成任何健康上面的损害,所以我们相信开始排放处理水后,没有需要特别去规管”,惟为了避免公众误解,“会彻底实施所有安全对策和措施”。

废炉无期 污水长流?

东京电力强调废水处理工作对日后的废炉工作相当重要,而处理水将会在未来20至30年间有计划地排放,直至核电站完成废炉为止,期间会竭力减少核污染水产生量。由于每年的氘排放上限为22兆贝克,东电的计划是在不超过此上限的范围内逐渐排放。

惟这意味出事核反应堆一日未废炉,还是会有污水产生。而且,这个东电及日本政府预计耗时30至40年的废炉作业,还没开始关键作业就已命途多舛。

福岛第一核电站的第一至第三号反应堆仍待取出核燃料。(Getty)

2011年核事故发生当时,反应堆内大部分核燃料因冷却系统失效,在高温之下熔化成像蜡液一样的物质,部分穿透了压力舱并滴到安全壳底部,在温度再次冷却后又固化形成核燃料碎片。

然而,在冷却系统失效到东电工作人员重新注水冷却这段时间,熔化的核燃料究竟渗透到了哪些地方,至今都还是一个谜团。除了反应炉内,考虑到熔化的核燃料温度之高,它们亦可能穿透了钢墙甚至是反应堆地下室的混凝土地板。反应堆内及周边的强烈辐射使人无法接近,很长时间内人们只能推测出不同的可能性。直到2017年,一个吐司大小、绰号小太阳鱼(Mini Manbo)的机械人“试航成功”,人们才第一次看到了反应堆内、像凝固岩浆一般的核燃料碎片的影像。

图为福岛第一核电站二号反应堆的现况示意图。(香港01制图)

预料20-30年内完成废炉

松本称,派机械人探索核燃料的工作仍在继续:“在建筑物内,特别是核电炉建筑物里有燃料残渣的周边范围,我们还没完全掌握状况。必须先充分确认环境,才能彻底确认有关废炉的最终情况。”

目前,在一号反应堆内工作的机械人送回的影像显示,“燃料残渣已经扩散至围阻体内的基座部分(核反应炉压力槽的底座部分),范围甚广。”三号反应堆情况则仍在确认中。

东京电力公司(TEPCO)目前预计到2041-2051年才能完成福岛第一核电站的废炉工作。(香港01制图)

所有前期工作都是为了从反应堆容器中取出核燃料碎片,这是整个废炉作业的最大难关。按照原计划,东电将从二号反应堆开始,通过一个长达22米的机械臂插入反应堆内,利用安装在前端的装置来采集安全壳底部的燃料碎片。试验性地取出少量后,再逐渐扩大规模,但这项工作再度延期。松本向记者表示,此次延期是因为发现遥控机械臂的软件需要进行大规模修改,此外,插入机械臂用的箱也需要改装,因此这次试验性取出燃料的计划不得不延后一年至一年半。

美国三哩岛核电站(Three-Miles Island Nuclear Generating Station)事故后虽然同样面临取出熔化的核燃料的难题,但与福岛相比,三哩岛核电站需要取出核燃料量要少得多、工程亦相对简单。前苏联的切尔诺贝尔核电站事故则直接用“盖棺法”,放弃取出熔融燃料而用混凝土整体覆盖反应堆来阻挡辐射。由于福岛地方的强烈反对,东电在2016年首次提出“盖棺”方案后几乎立即否决了。

据共同社报道,有估算称发生堆芯熔化的1至3号机组内共有约880吨燃料碎片,目前东电和日本政府仍然维持目标完成时间不变,在2041至2051年内实现废炉,但随着运出乏燃料等其他主要工程也接连延期,能否按目标实施并未明确。这也意味日本的处理水排放工作将会是一场持久战,在管理ALPS系统、监测海水,乃至三个反应堆的废弃工作,在国外内反对声下将持续数十年。

本系列报道下一篇将由海洋生态专家及病理学家解答排海计划的疑虑。