國家地震工程研究中心National Center for Research on Earthquake Engineering

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20110311日本東北外海地震日本福島核電廠事故

福島第一核電廠簡介

福島第一核電廠事故說明

福島第一核電廠耐震設計初步檢討

2011/03/18 20:00

NCREE 震央與核電廠位置圖

福島第一核電廠

震央

NY times, http://www.nytimes.com/packages/flash/newsgraphics/2011/0311-japan-earthquake-map/index.html

NCREE20110311日本東北外海地震與日本核電廠-1

日本56座商業用核電廠分佈

jp_npp-location-JAIF 日本原子力產業協會

NCREE20110311日本東北外海地震與日本核電廠-2

原子力安全保安院 (Nuclear and Industrial Safety Agency, NISA)發佈日本核電廠受震影響停機11部。

jp_npp-location-JAIF 日本原子力產業協會

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NCREE福島第一核電廠 Fukushima Dai-ichi NPP

基本簡介福島第一核電廠，座落在福島縣雙葉郡大熊町及雙葉町。為東京電力公司的第一座核電廠，簡稱1F。共有6個機組運轉中，首座機組於1971年開始運轉。計畫中的第7號機組預計2013年運轉。第8號機組預計2014年運轉。

(東京電力)

發電機組資料

NCREE福島第一核電廠No.1~No.3機組

(NY Times)

NCREE福島第一核電廠反應爐示意圖

沸水式核子反應爐 (Boiling Water Reactor, BWR)

沸水反應爐以輕水（普通水H2O）作為冷卻劑和中子慢化劑。反應爐冷卻系統內壓強保持在70個大氣壓。在這裡，來自汽輪機的給水進入壓力容器後，在280℃左右沸騰。汽水混合物經過堆芯上方的汽水分離器和蒸汽乾燥器過濾掉液態水後直接送到汽輪機。離開汽輪機的蒸汽經過冷凝器凝結為液態水（給水）後，迴流至反應爐，完成一個循環。

沸水式核子反應爐內部構造

NCREE 核電廠事故等級國際核事件分級表(International Nuclear Event Scale, INES）

根據核電廠事故對安全的影響作為分類，使傳媒和公眾更易了解。INES由國際原子能機構(IAEA)和經濟合作發展組織(OECD)的核能機構(NEA)設計，IAEA監察。

NCREE

福島第一核電廠事故概述-12011年3月11日日本東北外海發生Mw=9.0地震後，福島第一核電廠1號與2號機組冷卻系統失效，造成冷卻水位下降與反應爐內溫度與壓力之上升，3/12中午緊急針對1號機組進行釋放蒸汽之降壓作業。日本經濟產業省原子能安全保安院於2011年3月12日表示，福島第一核電廠正門附近的輻射量是平常的70倍以上，1號機組的中央控制室輻射量則升至通常的1000倍。這是日本首次確認有放射性物質外洩。官方於第一時間疏散福島第一核電站周邊3公里內之居民，後續並將疏散範圍擴大至10公里，乃至於目前之20公里，撤離規模約21萬人。福島第一核電廠1號機組，因冷卻水位降低，燃料棒局部暴露產生高溫而分解水蒸氣產生氫氣，經蓄積並與氧氣混合後，於台灣時間3/12下午14:36左右發生爆炸，然並未損及反應爐與圍阻體；由於廠區周圍偵測到放射性元素銫，推測1號機爐心發生部分熔毀；經注入海水與硼酸等緊急措施，以冷卻與阻止進一步核反應後，目前已趨於穩定。

2011年3月13日，日本核能研究開發機構宣布，按照國際核事件分級表，將福島事故分級為4級（場外無顯著風險）。東京電力公司3/13早上宣布，福島第一核電廠3號機組冷卻系統故障，並發生水位降低、燃料棒裸露與爐心局部熔毀，已採取注入海水與硼酸等措施；並於台北時間3/14上午10:01發生氫氣爆炸，已經確認未損及反應爐與圍阻體。

NCREE

福島第一核電廠事故概述-23/14下午福島第一核電廠2號機組由於冷卻水位下降導致燃料棒裸露以及爐心局部熔毀，亦開始進行注入海水降溫之措施。

台北時間3/15凌晨5:14，2號機組發出爆炸聲響，之後週邊輻射量快速升高，上午7:31於電廠正門附近測得8217微西弗，為標準值之16倍，部分作業員開始撤離；並在上午8點上升到11,930微西弗，但在11:30降為1,362微西弗，下午14:30降為596.4微西弗（均為台北時間）。東京電力公司表示，2號機組傳出之爆炸聲響，原因並非如同1、3號機組之氫氣爆炸，而是在反應爐外之壓力抑制室發生破損。

日本首相菅直人於3/15午間召開記者會，表示除核電廠20公里內民眾撤離之外，20公里外30公里內之民眾建議留在室內。台北時間3/15上午8:38，福島第一核電廠的4號機組所在的建築物4樓西北側附近起火，官方表示可能係氫氣爆炸引致，目前火勢已撲滅。後續報告指出4號機組西北側的牆壁出現兩個 8公尺見方的洞。地震時4號機組正進行定檢，處於停機狀態，但機組內貯存了用過燃料棒。推測可能因為貯存水池的冷卻水在地震停電後無法循環，導致溫度上升並使水位降低，導致用過燃料棒裸露而產生氫氣。

NCREE

福島第一核電廠事故概述-3台北時間3/16凌晨4:45，福島第一核電廠的4號機組再度起火，目前已熄滅。台北時間3/16上午9點左右，福島第一核電廠的3號機組冒出白煙，當時電廠正門所測得輻射量上升至908μSv/h ，並持續上升至中午時之10,850μSv/h，推測為用過核子燃料貯存池溫度升高所排出之水蒸氣。午後輻射量指數逐漸下降，台北時間3/16 下午14:50正門處為1,591μSv/h；台北時間3/17 上午10:00正門處降為646μSv/h。3/16原擬派出自衛隊直升機，於福島第一核電廠上空對反應爐機組灑水，以降低反應爐內燃料棒的溫度，然為核電廠區的輻射量過高，所以決定停止。

3/17上午開始派出警視廳之高壓噴水車與自衛隊直昇機進行灑水降溫作業。目前停機之5號與6號機組亦有用過燃料貯存池溫度偏高現象，持續監測中。為使冷卻系統恢復運作，東京電力目前由鄰近高壓線路架設電纜將電力引入福島第一核電廠，最快3/18晚間可恢復電力，但目前作業並不順利。3/18自衛隊與消防廳合作以消防車對3號機組進行灑水作業。

NCREE福島第一核電廠1號機組氫氣爆炸照片

(NY Times)

(NHK)

NCREE福島第一核電廠3號機組氫氣爆炸照片

1號機組

3號機組

(NHK)

(NHK) (Digital Globe)

NCREE福島第一核電廠3號與4號機組損壞情況

(時事通信社)

3/16福島第一核電廠3號機組冒出白煙 (NNN)

NCREE 事故原因

冷卻系統故障在2011年3月11日地震之後，1號機、2號機和3號機均已自動關閉，而4號機、5號機和6號機正在進行定期檢修，並沒有開啟運轉，因而進入電廠全黑狀況(black out)。核電廠區的用電，特別是做為冷卻用途，只能靠發電廠本身發電供應。然因為主發電設施停止運轉，必需啟動緊急柴油發電機供應冷卻系統所需要的電力。然而這些柴油發電機只運作了一小時，就被先前地震引起之海嘯損壞而先後失去功能。

雖然反應爐已自動關閉，內部的核能燃料仍舊需要冷卻系統除去衰變熱(decay heat)。工程師改用電池供給反應爐與閥門控制所需電力，但這些電池只能使用幾小時，因而引發後續一連串事件。之後由日本自衛隊運送備用發電機和電池到福島第一核電廠進行緊急處置。

NCREE福島第一核電廠耐震設計之初步檢討-1

核電廠耐震設計之一般考量安全停機地震(Safety Shutdown Earthquake, SSE)：廠址周邊可預期發生之最嚴重地震，在其所引致之地表震動等級以下，應確保建物可安全使用以及電廠設備可安全關機。通常以此作為核電重要設施之設計基準。

操作基準地震(Operating Basis Earthquake, OBE)：電廠在運轉期間所可能遭受影響電廠正常運轉之地震，在其所引致之地表震動等級以下，應確保電廠可正常運轉，不受任何影響。

日本核電廠耐震設計規範舊有規範(1978)：將設施分為四類，考慮五萬年內之活斷層，以點震源模式評估設計基準地震，並分為S1與S2兩種等級。

As：圍阻體、控制棒等，設計基準地震為S2，耐震需求為一般建築之3倍。A：緊急爐心冷卻系統，設計基準地震為S1，耐震需求為一般建築之3倍。B：廢棄物處理設施等，耐震需求為一般建築之1.5倍。C：發電機等，耐震需求等同一般建築。

修訂規範(2006)：將As與A類設施合併為S類，並將設計基準地震單一化為Ss，其係考慮更新世後(12~13萬年內)之活斷層，並同時採用點震源與面震源模式予以評估。

NCREE福島第一核電廠耐震設計之初步檢討-2

福島第一核電廠之設計基準地震建廠時，係根據舊有規範，訂出S2為270gal與370gal(考慮直下型地震)；S1則為180gal。為因應2006年之修訂規範，東京電力對既有核電廠進行重新評估，求得福島第一核電廠之Ss為600gal，並於2008年提送安全分析報告至原子力安全保安院，惟歷經2009年與2010年兩次修訂後，目前仍在審查中。自動停機機制：設置於圍阻體上之加速度計測得水平加速度達135gal或鉛垂向加速度達100gal便會自動停機。

本次地震福島第一核電廠之情況福島大熊町地區JMA震度達「6強」(約介於340~600gal)；台電表示福島第一核電廠測得結構體最大加速度為0.38g (373gal)（尚待確認）。各反應爐於第一時間均順利自動停機。廠址地震強度有可能已超過建廠之設計基準地震S2 (370gal)，尤其冷卻系統屬於A類設施，對應之設計基準地震為較低之S1 (180 gal)。廠址地震強度應小於根據修訂規範所評估之設計基準地震Ss (600 gal)，惟該安全分析報告尚未經主管單位正式審查通過。根據現有資訊，該廠反應爐與圍阻體並無地震引致之損傷，目前亦認為冷卻系統之故障係肇因於海嘯損壞緊急柴油發電機。

NCREE福島第一核電廠耐震設計之初步檢討-3

福島第一核電廠之設計預想海嘯高度預想海嘯高度係根據過去海嘯記錄，並配合利用最大可能地震所進行之模擬，予以綜合評估可能之最大海嘯高度。

取得設廠許可時所評估之最大海嘯高度為海平面以上3.1m。日本土木學會(JSCE)於2002年提出核電廠海嘯評估技術手冊，東京電力據以求得最大海嘯高度為海平面以上5.7m。根據現有資訊，此次地震該廠遭10m高之海嘯襲擊，超過設計預想。

後續追蹤事項廠區最大地震加速度之確認（目前僅有台灣新聞報導台電之說法，尚未收集到日本官方或東京電力之說法）。

冷卻系統是否有可能在海嘯襲擊前就因強震有所受損？

20110311日本東北外海地震�日本福島核電廠事故震央與核電廠位置圖20110311日本東北外海地震與日本核電廠-120110311日本東北外海地震與日本核電廠-2福島第一核電廠 Fukushima Dai-ichi NPP福島第一核電廠No.1~No.3機組福島第一核電廠反應爐示意圖核電廠事故等級福島第一核電廠事故概述-1福島第一核電廠事故概述-2福島第一核電廠事故概述-3福島第一核電廠1號機組氫氣爆炸照片福島第一核電廠3號機組氫氣爆炸照片福島第一核電廠3號與4號機組損壞情況事故原因福島第一核電廠耐震設計之初步檢討-1福島第一核電廠耐震設計之初步檢討-2福島第一核電廠耐震設計之初步檢討-3