十年安渡無人問，一宗污名天下知

執筆時，日本福島核電站安危未卜，可幸的是情況似無轉壞跡象，最終如何解決，還看未來數週事態發展。此次事件的消息頗為混亂，日本官方與外國（主要是美國）分析員各說各話，實情可能永遠沒法得知，現在唯一可以肯定的是，福島將會成為繼三哩島和切爾諾貝爾之後世上最著名的核電站之一。

「十年安渡無人問，一宗污名天下知」，這是任何安全至上的行業逃避不了的宿命。航空和核能是最現成的例子。

這次事故並非人為錯誤，地震後反應堆自動停止操作，冷卻系統由柴油發電機繼續驅動，其後海嘯淹至，浸了發電機，冷卻系統轉為依賴後備電源，數小時後電源枯竭才告「失守」。海嘯之大，超出核電站的預算，要怪只怪設計未有足夠的「先見」，算不上是人為「錯誤」。

經過連日新聞的「轟炸」，大家對核電站結構的認識豐富了不少吧 －－ 它有一個幾尺、甚至幾米厚的石屎外殼，有冷卻系統帶走核心的熱力，亦有儲存核廢料的水池。這裡首先解答幾個疑問。

為什麼停止操作還有熱力呢？所謂停止操作，是把控制桿伸入反應堆，隔開鈾燃料棒，使中子不能在燃料棒之間穿梭，連鎖反應於是停止。（核能依賴連鎖核裂變，第一粒鈾 235 原子發生裂變，射出多粒中子，這些中子能令更多鈾 235 原子裂變，從而產生更多中子，引發更多裂變；裂變以幾何級數擴展，是為「連鎖反應」。核子彈爆炸是連鎖反應失控，一發難收；核能發電是連鎖反應受控，恰到好處地釋放能量。）這卻不代表裂變停止，燃料棒內仍有不少可裂變的物質，自行裂變時釋放能量；反應堆雖然停止運作，但燃料棒還會產生餘熱，因此仍有冷卻的需要。

廢料池需要冷卻也是基於同一原因。有專家說，福島核電站廢料池的燃料棒可能放得太密集，才有溶化的危機。

石屎外殼爆炸，元兇據說是氫氣。氫氣何來？原來燃料棒外部包着一層鋯（zirconium，銀白色，柔軟可塑性高，狀似錫紙）合金，在約 1,200 度攝氏（下同）的高溫下，鋯和水蒸氣發生化學作用，產生氫氣。

事實上，鋯合金這一層「包裝」是核電站整套防護的一環，它具很強的抗腐蝕性，包着燃料棒有助防止幅射物料洩漏。然而，鋯合金的溶點為 2,000 度，燃料棒的溶點為 2,800 度，前者先溶，加上石屎外殼早已爆開，假如溫度不斷升高，燃料棒豈不隨時暴露於大氣層之中？幸好，除了鋯合金和石屎外殼之外，反應堆所有燃料棒均被一層厚厚的鋼包圍。換句話說，為了隔離核燃料，核電站採取了三重防護，由內至外分別是：鋯合金、鋼容器、石屎牆。

在福島，鋯合金與水蒸氣作用所釋出的氫氣，先是困在鋼容器之內，後來由於氣壓過大，氫氣和水蒸氣被洩至鋼容器與石屎外牆之間（洩氣乃人為或意外，我不清楚），爆炸後石屎牆被毀，理論上還有二重防護。更嚴重點，假如鋯合金「包裝」真的溶掉，還有鋼容器這度「最後防線」。這就是核工業所謂的 defense-in-depth，深度防禦，在核燃料與環境之間豎立多重「防線」，把洩漏幅射的機會和數量減至最低。

你可能會說，鋼容器會「漏氣」的（勿論原因），讓帶幅射的氣體洩出，這度防線豈非形同虛設？讓我告訴你，福島核電站員工已經在還未爆炸的五號和六號反應堆的石屎外殼鑽洞，釋放內裡的氫氣，寧願「漏氣」也不想冒再次爆炸的危險，可見一條「漏氣」的防線總好過一條崩潰的防線，洩漏帶幅射的氣體總好過核燃料暴露於大氣層之中。

廢料池、石屎外牆、冷卻系統等是今次意外天下皆知的「主角」，因為它們出問題；一位避免事態惡化的功臣卻無人問津，因為它正常運作。這位功臣是誰？

世上絕大部分核電站，包括福島，都有一個設計特點：當冷卻劑（通常是水）減少，核反應會自動減慢。這未必能夠阻止過熱，但能確保核反應不會在冷卻劑不足時「愈演愈烈」。在福島，當冷卻系統停止運作，燃料棒周圍的水開始沸騰，液態水（冷卻劑）減少，核反應也會自動減慢。為什麼？回顧連鎖反應，核裂變釋出的中子引發更多核裂變，這裡有一細節未有提及。釋出的中子非常高速，但引發核裂變所需的卻是慢速中子，換句話說，中子必須先經減速，才能有效延續連鎖反應。液態水除了作為冷卻劑，也有替中子減速的功能，液態水愈少，便愈少中子受到減速，核裂變於是減慢。這設計不用電力或人手，全靠物理規律，可說是個「內置」的安全網。

切爾諾貝爾事故比福島嚴重百倍，原因之一是反應堆沒有石屎外牆保護（真是匪夷所思！），原因之二是其設計缺乏上述的「內置」安全網。切爾諾貝爾核電站使用石墨作為中子緩衝劑，液態水作為冷卻劑。中子經石墨減速後，遇水會被水分子吸收。這個設計裡，液態水除了作為冷卻劑，也有吸收中子的功能。液態水愈少，愈多「漏網」的中子，核反應愈快。這是個「內置」的不穩定因素，是個「先天性」缺憾。該設計只有蘇聯使用，切爾諾貝爾災難之後，其他同類型核電站亦被逼改良，減低風險。

最著名的核電站是出過問題的核電站，最著名的核電站部件是出過問題的部件，最著名的核電站設計也是出過問題的設計。核能這行業，寧可無人問，莫要天下知。

（2011 年 3 月 23 日 信報副刊）