3月11日的大地震重創日本部分研究設施，圖為日本質子加速器研究園區（J-PARC）。（圖片提供：《科學》）
編者的話
今年3月11日，日本東北部發生9級大地震，並引發海嘯和福島核電站輻射泄漏事故，世界為之震驚。人們再次質疑：核能安全嗎？這次核事件對世界核能前景有何影響？處於震中的仙台地區駐有日本重要的大學和科研機構，這對日本的科研事業有何影響？
最近出版的美國《科學》雜誌發表係列文章，繪製了世界核電站分布圖，報道各國政府對日本核事件的反應。核能專家指出，日本核事件對世界核能業有影響但不會像三裏島事件一樣有重大衝擊。信心基於事實：今天的核反應堆已解決了福島核反應堆的安全問題。日本科研事業受到損害，但未致毀滅。核能仍將是未來能源的一部分，專家呼籲人們勇敢麵對困境，咬緊牙關迎接挑戰。
全球核電站分布與各國應對措施
日本核電站災難引發全球對核電安全的擔心，促進世界各國重新評估、審視各自的核電站安全和核能規劃。《科學》雜誌繪製了全球已營運和在建核電站地圖，報道部分國家對日本核電站事件的反應。
美國：美國是世界上最大的核能生產國，但最近30年裏沒有新建核電站。美國核能管理委員會要求對美國現有的104座核電站進行安全評估，其中部分核電站位於地震活躍區域。奧巴馬政府已提議通過貸款擔保刺激新核電站建設，擴大核能力，但反對的聲音可能會越來越強。
巴西：巴西礦業和能源部部長表示，聯邦政府將重新審查位於安格拉的兩個核反應堆的安全，停止了第三個在建的核反應堆，直至安全評估結束；日本福島核危機讓有識之士再次呼籲巴西建立獨立的核能管理機構。
阿根廷：日本核危機重新掀起阿根廷對老化核反應堆的爭論，這個國家最老的核電廠建於1974年，另一個核電廠從1981年開始建造但至今尚未完工。
英國：政府要求其首席核檢查官提交一份有關日本福島事故對英國目前和未來核電站影響的報告。能源和氣候變化大臣克裏斯·休恩表示：“我們不要匆忙作出判斷。重要的是我們要擁有可使用的事實。”英國目前的政策是：用私人基金建造未來的核電站。
法國：法國75%的電能來自核能，這個比例占世界各國之首；政府已承諾對目前的58個核反應堆進行安全審查，但政府明確表示：核能將繼續是法國有40年曆史的能源獨立政策的基石，並拒絕對核能進行公民投票的要求。
德國：德國最近通過一項法律，延遲核電站的計劃退役時間，如今，總理安格拉·默克爾下令暫緩三個月執行這項法律；幾個根據這項法律已暫緩退役的核反應堆目前被關閉。在這三個月暫緩時間裏，政府將對現有的17個核反應堆進行重新評估，有望根據新發現對新法律進行修訂。
印度：總理曼莫漢·辛格下令對印度20個正在運營的核反應堆進行安全評估。印度原子能委員會主席在接受《科學》采訪時說，印度目前沒有關閉核電站的計劃。印度目前有5個在建核電站，目標是讓核能在2050年前占整個電力供應的25%。
比利時：比利時有7個核反應堆，所產生電能占整個國家電力的50%。比利時政府在2003年作出決定，讓這7個核反應堆逐漸退役，第一批最老核反應堆計劃於2015年前關閉，這個時間最近又向後推了10年，環境組織希望福島災難能讓關閉計劃按原計劃進行。
中國：中國現有13個運營核反應堆，27個在建項目，50個籌建項目。日本核災難後，中國政府宣布暫停新核電項目的評估和審批。政府將對所有核設施進行全麵審查、起草核安全規則，調整未來15年核能發展規劃。中國對核能的需求將會持續。
瑞士：這個國家40%的電力來自其5座核反應堆。福島核災難後，政府推遲了對3個新核反應堆的可行性評估，各黨派人士表示支持逐步讓核電退役，但沒有明確的時間表。
意大利：受蘇聯切爾諾貝利核災難的影響，意大利在1987年舉行公民投票，結果使這個國家在1987年和1990年間關閉了它的4個核電站。現政府決定從2013年開始至少建4個新核反應堆，但今年春天的公民投票可能會阻止這些計劃。
俄羅斯：俄羅斯目前有32座運營核電站、11個在建核電站。總理普京目前下令對俄羅斯核電廠進行安全檢查、重新評估國家的核能計劃。
韓國： 韓國目前有21個運營核電廠，5個在建核電廠，未來的核能發展計劃還在製定之中；總統李明博已下令對全國核反應堆進行安全評審，並製定應急方案；政府知識經濟部長表示，現在不是評估國家核能政策的時候。
日本科研 傷而未毀
在3月11日的9級大地震和隨之而來的海嘯發生之後，日本科學界開始安靜地清查這場災難對研究設施和實驗的損害情況。壞消息是，兩個重要物理學設施被摧毀，東海岸的許多實驗室失去了設備和研究材料，或者因滾動式的斷電被迫關閉。好消息是，被地震重創的大學校園並沒受到致命傷害。
位於仙台的東北大學是日本的頂尖研究型大學，距震中僅130公裏。盡管地震和海嘯重創了仙台，但東北大學的五個校園區位於這個內陸城市的西部，沒有被海水淹沒，學生和教員中沒有死亡和嚴重受傷者。盡管大學裏沒有大樓坍塌，但內部的安全檢查給幾個地區插上禁區標誌。東北大學醫學院的臨床醫生們都到醫院去做誌願者。
日本兩個最重要的物理中心則是另一番情形。日本質子加速器研究園區（J-PARC）位於仙台南部200公裏的海岸線上，因為位居高地，逃過海嘯襲擊，當時選擇建築地點是考慮到要保護海岸線和植被。這個建造僅2年、耗資15億美元的實驗室擁有50千兆電子伏特的同步加速器，供物理學、材料科學和生物醫學等研究。地震和海嘯損壞了道路和園區，但根基深厚的質子加速器研究大樓卻未受到損害。
位於築波的日本高能加速機構（ＫＥＫ）是該國粒子物理微中子物理研究的重要機構，這個科學城位於仙台西南260公裏。日本高能加速機構發言人森田洋平表示，質子加速器研究園區和高能加速器機構的加速器和儀器都受到損害。因為電力供應的限製，需要花數周時間才能評估損失。
部分實驗物理學家被迫無事可做。為了對付可能的停電管製，位於橫濱的日本理研組學（RIKEN Omics）科學中心推遲啟動基因組測序的運作。因為市郊往返列車停止運行，許多員工需要花相當長的時間去上班，中心主任表示：“我們停止了所有的研究活動。”
另一個不能使用的研究設施是一艘名為“地球號”（Chikyu）的深海鑽探船。3月11日的海嘯使“地球號”受到重創，結果，一個研究深海煤層生物圈的海洋綜合大洋鑽探計劃被迫取消。地震之後，日本海洋科學技術局立即派出另一艘深海探測船Kairei放置海底地震儀，監測和了解震後的斷層情況。
日本中止了多項調查計劃。為了避免讓研究人員暴露在高水平輻射環境中，東京大學地震研究所推遲派遣研究小組調查海嘯。此外，因擔心加重交通阻塞和汽油短缺，部分科學家不願在此時到震區展開工作，有研究人員認為，此時到震區作研究是不道德的。
咬緊牙關 迎接挑戰
2011年3月，隨大地震發生的日本福島核電站災難，再次觸動人類對核電安全的焦慮和關注：核電是否安全？核電前景如何？
回顧曆史，自1954年人類建造第一座核電站以來，核危機事件時有出現，1957年發生溫德斯凱爾核電站事件後，核電在數十年時間裏成為英國的“政治雷區”；1979年3月28日，美國賓夕法尼亞州東北部的三裏島核電站發生嚴重核泄漏事件，美國在之後的30多年裏再沒有建新核電站；1986年4月26日，烏克蘭切爾諾貝利核電站發生核泄漏大災難，讓人們“談核色變”。
但核反應堆設計專家指出，盡管福島第一核電站事故嚴重，但他們並不認為這會像三裏島事件和切爾諾貝利事件一樣重創核工業。信心基於事實：今天在建和計劃建造的核反應堆有更好的安全性能，已經完全不同於日本正處於危機中的反應堆。
安德魯·謝利是英國曼徹斯特大學道爾頓核研究所所長，他將日本福島核電站與今天在建核電站的差別比喻為一輛生產於20世紀60年代的汽車與今天所生產汽車的不同。
福島第一核電站建於1967年。英國劍橋大學的核工程師托泥·羅爾斯頓說，這個電站核反應堆的設計非常陳舊，直接複製於20世紀60年代美國第一代粗糙的商業核電站。謝利說，當代所謂“第三代+設計”的新反應堆，受益於50多年的設計演變和運營實踐，現代反應堆有多種防禦措施，用重力和對流等自然力量推動冷卻水，而不再依賴於水泵，自動閥門的應用可在必要時實施額外措施，製造者們聲稱，反應堆可以數天無人看管而不至於過熱，它們被設計成對熱衰變。
但反應堆安全設計的基本理念並沒有改變。英國曼徹斯特大學的核工程師巴裏·馬斯頓說，任何核反應堆的基本安全要求是，第一，關閉正在進行中的裂變反應；第二，冷卻燃料。與美國三裏島核電事故一樣，福島第一核電站正在運行的3個核反應堆（另外3個核反應堆因補充燃料或檢修而停機）在地震後自動執行了第一步驟的任務。在這些核電站所使用的沸水反應堆中，吸收中子的控製棒從核芯下方被推向燃料棒之間，終止裂變反應，同時還需要從核心泵入冷卻水降溫，但這需要動力。當動力完全喪失時，衰變熱導致了福島核電站災難。
在今天的部分核反應堆中，控製棒由核芯上方的磁鐵所控製，因此，當停電將控製棒釋放時，重力將完成剩餘的工作。
羅爾斯頓指出，20世紀60年代的核反應堆設計隻考慮了有限的事故，並設計出可對付每一種情境的係統。三裏島和切爾諾貝利事件改變了人們看待安全的方式。人們意識到事件可能是複雜的、由多種原因造成的，操作者可能做出有害而不是有益的事。這些災難給人的教訓是：期望所不可預料，作最壞打算。美國麻省理工學院的核工程師邁克·格雷說：“你必須接受這樣的事實：有些事會超出係統的處理能力。”
今天，核反應堆的設計理念是“深度防禦”。這種方法要求不會同時失靈的多重係統和不同技術。羅爾斯頓說，動力喪失是福島核電站的主要問題之一，也是工業研究最多的情境之一，因為動力喪失將導致冷卻劑的無力推進，從而無法將熱量從反應中導出。因此，“第三代+設計”強調用重力和對流推動冷卻劑、用蒸汽驅動水泵、用直流電池激活閥門，並且不讓人參與這個過程。
格雷希望福島事件能刺激設計者努力思考廢燃料的儲存問題。不同於沸水反應堆將廢燃料置入反應堆上方的一個水池中，現代核反應堆的設計是將廢燃料運送到另外一個抗震建築物中。他說，沒有一個國家正視過廢燃料問題並創建一個遠離反應堆的中心儲存點，或長久性的地下深埋，現在應該是改變態度的時候了。
羅爾斯頓認為，勢不可擋的石油峰值和氣候變化，仍然將使核能成為未來能源的一部分，人類應當臨危不懼，咬緊牙關，迎接挑戰。
（本組文章由本報記者王丹紅編譯）
《科學時報》 (2011-04-06 A4 國際)
