三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 事件過程

三哩島核泄漏事故 (Three Mile Island accident): 事件過程
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 三哩島核泄漏事故中出現哪些嚴重的人為疏失？

事件發生過程

1979年3月28日凌晨4點左右，三哩島核電廠二號反應爐（TMI-2）主給水泵停轉，輔助給水泵按照預設的程序啟動，但是由於輔助迴路中一道閥門在此前的例行檢修中沒有按規定打開，導致輔助迴路沒有正常啟動，二迴路冷卻水沒有按照程序進入蒸汽發生器，熱量在堆心聚集，堆心壓力上升。堆心壓力的上升導致減壓閥開啟，冷卻水流出，由於發生機械故障，在堆心壓力回復正常值後堆心冷卻水繼續注入減壓水槽，造成減壓水槽水滿外溢。一迴路冷卻水大量排出造成堆心溫度上升，因為不當的控制板面設計和閥位指示無法正確顯示，運轉員並不知道閥是打開的。待運行人員發現問題所在的時候，堆心燃料的47%已經融毀並發生泄漏，上午7時左右系統已經發出了放射性物質泄漏的警報，但由於當時警報蜂起，核泄漏的警報並未引起運行人員的注意，甚至現時無人能夠回憶起這個警報。直到當天晚上8點，二號堆一二迴路均恢復正常運轉，但運行人員始終沒有察覺堆心的損壞和放射性物質的泄漏。

圖1：管理程序的關鍵疏失：重要訊號被掛卡遮住。 （資料來源：出自於凱曼尼調查團（Kemeny Commision）三哩島事故報告第117頁， 引用自http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf）

28日早晨7時，圍阻體內的放射性強度已較正常時的讀數高出數倍，負責運轉三哩島核能電廠的大都會愛迪生電力公司於是宣佈電廠進入所謂的「廠址緊急狀態」，開始管制電廠區域的交通和進出人員，並通知美國聯邦政府的核能管制委員會（簡稱核管會）（Nuclear Regulatory Commission）、以及賓州州政府所屬警察局、環境資源部、和民防組織。由於狀況的持續惡化，電廠於7時30分宣佈進入「全面緊急狀態」。

圖2-4說明1979年3月28日TMI-2核泄漏事件發生過程。

圖2：三哩島核電廠第2機組TMI-2機組的結構簡圖。 （圖片來源：http://www.world-nuclear.org/info/chernobyl/inf07.htm）

圖3：三哩島事故發生順序 （1）

圖4：三哩島事故發生順序 （2） （圖片來源：http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf）

歸納事件肇因

導致事件發生的因素可以歸納如下：

• 緊急飼水泵進水閥因違反規定致未能及時開啟。
• 調壓槽釋壓閥故障，開啟後未能自動關閉。
• 運轉人員誤信調壓槽水位指示，過早停用高壓注水系統。
• 運轉人員過早將反應器水泵停用，導致氫氣泡產生，致使核燃料受損。
• 反應器廠房設計錯誤，未能於高壓注水系統自動啟動時自動隔離，致輻射性物質外洩。
• 僅間歇操作高壓注水系統以補充反應器冷卻水，惟因氣泡存在，反應器冷卻水實際上繼續流失。
• 機組設備與系統長期運轉在劣化狀況，沒有分析在此情況下的影響。
• 機組參數如水位、溫度或其他的儀錶讀數沒有計讀未經獨立查證而認為不可用，因而機組存在危險徵兆時未採行預防措施。
• 緊急運轉程序書與相關訓練程序書不妥適，無法處理複雜參數，此外未確實遵守程序書，以致無法正確地處理意外狀況。
• 運轉人員的訓練與甄選不適當，欠缺對機組蒸汽與水的熱力性質的基本訓練。此外致力處理非重要機組設備，欠缺對反應爐冷卻水異常狀況的注意。最後是對業界先前類似事件沒有活用經驗回饋、記取教訓。

反應爐損壞

此後，第76任賓州州長Dick Thornburgh出於安全考慮於3月30日疏散了核電廠5英里範圍內的學齡前兒童和孕婦，並下令對事故爐心進行檢查。檢查中才發現爐心嚴重損壞，大量放射性物質堆積在核反應爐安全殼內，少部分放射性物質泄漏到周圍環境中。系統損壞整理如下：

• 爐心約50%熔毀。
• 約20噸燃料凝結在反應爐槽底部。
• 反應爐槽下半部縱切面約1 m x .8 m溫度高達攝氏1000度,即：鋼材白熱化。
• 反應爐及輔助廠房約堆積了約1,000,000加侖高污染水。

圖5：三哩島核電廠TMI-2機組的爐心熔毀最終狀態。 （圖片來源：http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf）

參考資料：
1. 原子能委員會: 《三哩島核電廠事件回顧》(http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_20.pdf)
2. WNA: “Three Mile Island Accident” (update Jan 2010) (http://www.world-nuclear.org/info/chernobyl/inf07.htm)
3. 英文維基百科：Three Mile Island accident （http://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident#Lessons_learned）
4. 中文維基百科：三哩島核泄漏事故 （http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E5%93%A9%E5%B2%9B%E6%A0%B8%E6%B3%84%E6%BC%8F%E4%BA%8B%E6%95%85）