在分析這次核事故之前,，我們首先需要簡單了解核電站的工作原理和核泄漏防護原理,。日本福島第一、第二核電站的所有10座核反應(yīng)堆在1971-1988年間建成運行,，均屬沸水型反應(yīng)堆（Boiling Water Reactors,，BWR）。其工作原理是核燃料棒在反應(yīng)堆堆芯發(fā)生可控的鏈式反應(yīng),，產(chǎn)生大量熱量,；這些熱量傳遞給反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的水，這些水被加熱后產(chǎn)生蒸汽,，直接推動蒸汽渦輪發(fā)電機產(chǎn)生電能,。

這個回路里的水，在反應(yīng)堆運轉(zhuǎn)后是沸騰的,，蒸汽通過渦輪發(fā)電機后需要進入一個冷凝器,，冷凝器引入海水進行冷卻，蒸汽冷卻后重新變成液態(tài)水流回反應(yīng)堆壓力容器,。

為什么停堆后冷卻那么重要

在這次地震發(fā)生后,，日本福島第一、第二核電站的反應(yīng)堆都已自動“停堆”,，為什么還會出現(xiàn)如此嚴重的核泄漏,？這是因為在核電術(shù)語里“停堆”,，只是通過計算機控制向反應(yīng)堆芯插入控制棒，停止鏈式反應(yīng),，但是核燃料棒里的反射性元素自衰變?nèi)匀划a(chǎn)生大量熱量,。這樣就必須保持冷卻水循環(huán)，以保證核燃料棒不會因為溫度過高而出現(xiàn)包裹金屬熔解破損,，導(dǎo)致嚴重核泄漏,。

眾所周知，核燃料在發(fā)生鏈式反應(yīng)時會產(chǎn)生大量對人體有害的放射性物質(zhì),，如碘131,、銫137。為了避免這些放射性物質(zhì)泄漏,，核電站設(shè)置了多層防護,。

第一層防護：核燃料棒外殼

福島核電站有三層防護，第一層就是核燃料棒的外殼——鋯合金,，這層鋯合金包裹可以避免核燃料棒里的放射性物質(zhì)與冷卻水接觸,，可以承受1200度的高溫。很多根核燃料棒,、控制棒（用途是吸收中子,，控制鏈式反應(yīng)的程度）及相關(guān)機構(gòu)就組成了反應(yīng)堆堆芯裝置。

第二層防護：反應(yīng)堆壓力容器

第二層防護是反應(yīng)堆壓力容器,，反應(yīng)堆堆芯就是放置在這個壓力容器里,。反應(yīng)堆工作時會產(chǎn)生巨大的蒸汽壓力，所以反應(yīng)堆壓力容器由高強度合金鋼制成,。其防護作用是,，在核燃料棒的鋯合金外殼出現(xiàn)破損的時候，保證放射性物質(zhì)不會大規(guī)模泄漏,。

第三層防護：混凝土安全殼

第三層防護是混凝土安全殼,，福島核電站的安全殼由約1米厚的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和約6毫米厚的內(nèi)襯鋼板組成。它的主要作用是,，在反應(yīng)堆壓力容器爆炸或破損后,，大量放射性物質(zhì)、放射性廢水不會泄漏到外界去,。值得一提的是,，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的反應(yīng)堆是沒有安全殼的，反應(yīng)堆爆炸輕易將并不堅固的廠房炸開，導(dǎo)致大量反射性塵埃直接進入外界大氣,。

其它需要認識的附屬結(jié)構(gòu)

1,、壓力抑制水池，它與混凝土安全殼連通,，用于控制混凝土安全殼內(nèi)的內(nèi)部壓力和裝盛冷卻水,。2、混凝土安全殼的鋼制頂蓋,，在更換核燃料棒時需要打開。3,、乏燃料棒（使用過的核燃料棒）冷卻水池,，乏燃料棒在剛從反應(yīng)堆取出時仍具有非常高的溫度，需要放在水池里冷卻,，再運出核電站,。4、操作廠房,，位于核電站廠房的最高一層,，裝有吊車等設(shè)備，裝卸核燃料棒等操作在此進行,。

3月11日

3月11日13時46分,，日本東部海底發(fā)生里氏9.0級特大地震。地震發(fā)生后,，福島第一核電站的1,、2、3號機組和第二核電站的全部4個機組均成功實現(xiàn)“停堆”,；事發(fā)時,，第一核電站另外的4、5,、6號機組處于定期檢修狀態(tài),。在停堆后，核燃料棒仍然放出大量自衰變熱量,，需要繼續(xù)進行冷卻,，直至實現(xiàn)“冷溫停止”的穩(wěn)定狀態(tài)，所以在“停堆”后核電站的應(yīng)急柴油發(fā)電機啟動以維持冷卻水循環(huán)。但不幸的是,，在一個小時后,，海嘯帶來的洪水淹沒了柴油發(fā)電機，導(dǎo)致水泵缺乏電力供應(yīng),，第一核電站的1,、2號機組和第二核電站的1、2,、4號機組喪失冷卻功能,。

這一故障，導(dǎo)致反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)水溫,、壓力上升,，混凝土安全殼內(nèi)蒸汽壓力上升。晚上19時許,，日本首相菅直人發(fā)布“核能緊急事態(tài)宣言”,，疏散福島第一核電站為中心半徑3公里之內(nèi)的居民，同時要求3公里至10公里的居民不要外出,。

3月12日

福島第一核電站1號機組從凌晨起釋放蒸汽,，避免安全殼因壓力過大損壞。這一措施導(dǎo)致了微量核泄漏,，上午10時測得的福島第一核電站正門核輻射濃度是7時40分的73倍,。菅直人下令，12日凌晨5點44分起,，建議居民疏散范圍從第一核電站半徑3公里以內(nèi)擴大至10公里,。

由于溫度過高，1號機組反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的冷卻水蒸發(fā)速度加快,，出現(xiàn)水位下降情況,，核燃料棒上部部段露出水面處于干燒狀態(tài)。下午13時許,，1號機組附近探測到放射性元素銫137,，這表明核燃料棒的鋯合金外殼已開始熔毀，“堆芯熔化”險情首次出現(xiàn),。16時許,，1號機組廠房發(fā)生氫氣爆炸，這是鋯合金在高溫下與水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣,，這些氫氣泄漏至最上層的操作廠房發(fā)生爆炸,，整個操作廠房的外壁、頂部被炸飛,。在爆炸發(fā)生后,，核電站廠區(qū)內(nèi)輻射劑量一度升至1.015毫西弗/小時,，到18時才下降至0.0705毫西弗/小時。幸運的是,，這次爆炸并未損壞混凝土安全殼,。晚上22時許，搶修當局開始向1號反應(yīng)堆注入海水實施冷卻,。

3月13日

13日凌晨5時許,，第一核電站3號機組喪失冷卻功能，隨后搶修當局進行灌注冷卻水和釋放蒸汽作業(yè),，核電站廠區(qū)輻射劑量一度升至1.2042毫西弗/小時,。但由于未知原因，3號機組后來處于無法注水的狀態(tài),，在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)水位下降后,，也出現(xiàn)核燃料棒干燒、鋯合金外殼破損的情況,。

13日下午,，搶修當局開始向3號機組注入海水,，并繼續(xù)釋放安全殼內(nèi)的蒸汽,。下午14時許，第一核電站廠區(qū)出現(xiàn)1.5575毫西弗/小時的輻射劑量,，之后有所下降,。

3月14日

14日上午11時許，第一核電站3號機組也發(fā)生氫氣爆炸,，上層操作廠房外壁出現(xiàn)破洞,，爆炸導(dǎo)致了11人受傷。反應(yīng)堆壓力容器,、混凝土安全殼沒有受損,。

下午16時許，福島第一核電站2號機組發(fā)生“緊急事態(tài)”,，反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的水位急速下降,。據(jù)稱出現(xiàn)這個情況的原因是，注入海水的水泵因燃料耗盡停止工作,。這一疏忽一度導(dǎo)致全長約4米的核燃料棒全部露出水面,，處于嚴重的干燒狀態(tài)，核燃料棒鋯合金外殼發(fā)生燒熔破損,。

3月15日

15日6時10分,，第一核電站2號機組發(fā)生爆炸，壓力抑制池出現(xiàn)破損,。由于壓力抑制池與混凝土安全殼是連通的,，所以此次爆炸導(dǎo)致了安全殼內(nèi)部放射性氣體大量泄漏,。8時31分，第一核電站正門測得的輻射劑量為8.217毫西弗/小時,，為普通人每年可被輻射劑量上限的8倍,；10時22分，3號機組附近測得400毫西弗/小時的輻射劑量,，人在附近停留2小時即會出現(xiàn)嘔吐等輻射病癥狀,，這已經(jīng)是非常嚴重的核泄漏。

另外在上午9時40分,，第一核電站4號機組發(fā)生了氫氣爆炸并起火,，上層操作廠房出現(xiàn)兩個邊長8米的四方形的空洞。發(fā)生氫氣爆炸的原因是,，乏燃料棒冷卻水池由于缺乏冷卻,，高溫導(dǎo)致乏燃料棒的鋯合金外殼與水作用產(chǎn)生氫氣。這一情況是非常危險的,，因為乏燃料棒冷卻水池缺乏堅固屏蔽,，一旦乏燃料棒的鋯合金外殼損毀，大量放射性物質(zhì)將直接進入外界大氣,。 15日下午,，日本政府將第一核電站疏散隱蔽半徑擴大至30公里。晚上搶修當局曾試圖向4號機組廠房的乏燃料棒冷卻池注水,，但未能成功,。

3月16日

16日7時許，第一核電站4號機組廠房再次發(fā)生火災(zāi),，火焰從15日爆炸形成的破洞噴出,。9時許，東京電力公司表示,，4號機組廠房冷卻池里存放的乏燃料棒可能再次達到臨界,，研究用直升機向其撒放硼酸。10時許,，第一核電站附近升起白煙,，因為現(xiàn)場輻射劑量太高，搶修人員未能靠近查明情況,。11時許,，日本首先菅直人表示，3號機組的混凝土安全殼可能已經(jīng)破損,。東京電力公司則表示,，可能是因為3號機組的乏燃料棒冷卻池過熱產(chǎn)生蒸汽。

下午,，日本自衛(wèi)隊直升機曾試圖向3號機組廠房噴灑冷卻水,，但因為輻射劑量過高放棄,。日本文部科學(xué)省則宣布，在距離第一核電站21公里處測得的輻射劑量為0.33毫西弗/小時,，為正常值的6600倍,，這是在人員疏散半徑外測得的最高值。

3月17日

17日上午9時許,，日本自衛(wèi)隊兩架CH-47大型直升機在第一核電站3號機組廠房上空實施注水冷卻作業(yè),。但注水作業(yè)后，核電站廠區(qū)的輻射劑量沒有變化,，約為3.7毫西弗,。