一般而言，核电站用以防止核泄漏的屏障有三层，由内到外依次为：燃料棒包壳、反应堆压力容器和安全壳。地震发生后，日本福岛第一核电站各机组的冷却系统陆续失效。自12日以来，1到4号机组接连发生爆炸、起火事故，部分机组甚至有安全壳破损可能。
面对地震和海啸引发的强力冲击，福岛核电站的“硬伤”开始逐一显露。除设备老化、抗震不达标、选址不科学等因素外，人们的质疑更多地集中在其安全设计方面。
缺陷1
采用陈旧技术 紧急时冷却只能靠备用电源
日本福岛核电站为沸水堆，属于第二代核电技术。地震发生后，反应堆立即停止链式反应(这意味着核爆炸不可能发生)，但由于外部电力被摧毁，只能启用备用电源对核心实施冷却。许多业内人士将此归结为此次事故不断升级的原因。
国家核电技术公司上海核工程设计研究院院长郑明光向媒体介绍，日本受影响核电站采用的是二代核电技术，最大问题就在于遇紧急情况停堆后，须启用备用电源带动冷却水循环散热。而中国在建核电站采用“非能动”安全系统的第三代核电技术，不存在启用备用电源带动冷却水循环散热的问题。
所谓第三代技术，是指美国西屋公司开发的A P1000核电技术以及法国阿海珐公司开发的EPR核电技术。所谓“非能动”安全系统，是指在反应堆上方顶着多个千吨级水箱；一旦遭遇紧急情况，不需要交流电源和应急发电机，仅利用地球引力、物质重力等就可驱动核电厂的安全系统，巧妙地冷却反应堆堆芯，带走堆芯余热，并对安全壳外部实施喷淋，从而恢复核电站的安全状态。
法国核电巨头、阿海珐集团总裁安妮·洛韦容近日表示，这种反应堆安全设计吸取了以往经验教训，即使反应堆堆芯熔化，放射性物质也不会进入土壤或空气，而是将被收集到一个巨大的“炉灰箱”内。后者可承受1500℃高温。
法国核安全局副主任奥利维耶·古普塔宣称，日本福岛第一核电站设计时未考虑堆芯熔化风险。他说，直到1979年3月美国三里岛核电站发生事故、致使反应堆堆芯部分熔化坍塌后，人们才意识到这一问题并加以改进。
不过，第三代技术也不能完全令人高枕无忧。2010年10月22日，英国、法国、芬兰的核安全局在各自进行评估后，罕见地发表联合声明，指出阿海珐最初提交的EPR设计不符合独立性原则，其控制系统与安全系统有高度的复杂串联，可能同时失灵。
缺陷2
采用争议方案 安全壳“有90%可能会爆裂”
当冷却系统完全失效时，安全壳可在一段时间内防止周围环境因燃料棒熔化而受到核污染。安全壳通常是一个内衬钢板的混凝土容器，顶部呈半球形，内径约40m，壁厚约1m，高约60～70m，强度按抗震I类设计。
美国《纽约时报》近日称，福岛第一核电站反应堆采用了通用电气公司20世纪60年代研发的“马克1型”核反应堆技术，其安全壳有严重设计缺陷：如果冷却系统无法正常工作，导致燃料棒温度过高，将可能导致安全壳爆裂，释放出危险的放射性物质。目前，福岛第一核电站有一个“马克1型”反应堆的安全壳已受损，其余反应堆安全壳的情况也很严峻。
报道称，加压水型反应堆中冷却系统被密封在一个由钢和水泥制成、四壁厚实、形如墓冢的建筑物中。世界上大部分核反应堆都属于这种类型。但福岛第一核电站使用的这种安全壳和压力抑制系统却不是很坚固。很久以来，人们一直认为它在紧急情况下比一些具有竞争力的设计产品更容易失效。
报道指出，通用电气公司称“马克1型”沸水堆成本更低、更易建造，部分原因是这种反应堆采用了体积相对较小、造价相对低廉的防泄漏系统（下称小壳设计）。在美国，遍布16个地区的23个核反应堆都应用了“马克1型”设计。
报道还称，早在1972年，时任原子能委员会安全官的斯蒂芬·H·哈诺尔就建议停止使用“马克1型”系统，因为它存在令人无法接受的安全风险。所有担忧中，小壳设计被提及。因为小壳结构被怀疑更易造成氢气聚集发生爆炸。这种情形，目前可能已在福岛第一核电站发生。
担任核管理委员会主席的约瑟夫·亨德里当年表示，出台禁令停用这种系统的想法很具吸引力，但是，这种技术已为核工业部门和监管部门的官员广泛接受，“实施禁用政策，有可能会终结核能的使用”。
20世纪80年代中期，越来越多人对这种设计提出质疑。当时，核管理委员会官员哈罗德·登顿指出，一旦核燃料棒在事故中因温度过高而熔化，“马克1型”反应堆有90%的可能会发生爆裂。
20世纪80年末，通用公司内部泄漏的一份1975年的文件暗示，其容器设计要么测试有缺陷，要么无法确保反应堆安全，为此，一些公共设施及核电站经营者扬言要起诉通用电气。
自从最初的担忧提出来之后，“马克1号”反应堆经历了各种各样的修改。20世纪80年代末，美国所有马克1号反应堆也都加装排气系统以帮助在过热情况下降压。
目前尚不清楚是什么变动导致日本沸水反应堆失灵。不过通用电气日立首席核工程师Jam es K lapproth说，有通风系统被放置在福岛核电站的反应堆内，以帮助缓解压力。
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沸水堆与压水堆原理对比
沸水堆的热交换一般只有一个回路。冷却剂水从堆芯下部流进，沿堆芯上升，被燃料棒加热，变成蒸汽和水的混合物，经汽水分离器和蒸汽干燥器分离出蒸汽，推动汽轮发电。蒸汽在汽轮机处冷凝成水，由泵送回堆芯内，完成循环。
无法提供电力时泵失效，堆芯内水得不到补充，水位降低。于是，燃料棒裸露，失去水的保护，温度骤然升高。因此，只能不断往堆内注水，但会导致堆内压力升高。为防止超压爆裂，需手动开闸放气。在此过程中，氢气、水蒸气及部分放射性产物释放到压力容器外的厂房中。此时，氢气发生爆炸，厂房被掀，放射性产物随之扩散。
压水堆的热交换则有两个回路。堆芯处于一回路，在主泵带动下，冷却剂水从堆芯下部流入，带走燃料棒热量，从堆芯上部流出，再进入蒸汽发生器，通过U形管对二回路传热。
一回路用稳压器控制回路的压力，保证水在该回路中不出现沸腾，始终保持液态。二回路中水被U形管加热成高温高压蒸汽，送入汽轮机发电，冷凝水重新送回蒸汽发生器中。
如果一回路没有出现破口，因为不存在蒸发沸腾，根本就不会失水。就算主泵停转，由于两个回路的温度差，可实现自然循环，带走堆芯热量。抢救时可用应急水泵喷淋蒸汽发生器，并调节稳压器压力，依靠温差实现的自然循环，慢慢让堆芯降温。
其他缺陷
设备超期服役、老化
日本很多核电设备“超期服役”，使用寿命接近或超过25至30年的最长年限。据日本媒体报道，今年2月东京电力公司完成对福岛第一核电站1号机组的分析报告，称机组已服役40年，出现一系列老化迹象，包括反应堆压力容器的中性子脆化、热交换区气体废弃物处理系统出现腐蚀等。
选址未考虑海啸
日本是地震发生频率最高的国家之一，却拥有多达55座核电站，其中70%以上位于地震高危区域。《日本经济新闻》称：“以往我们重视通过考察地层结构等来制定防震对策，而海啸可能正是被我们疏忽的一个陷阱。”
参考：新华社 纽约时报 科学松鼠会等
翻译：南都记者 许方健 实习生 朱泽
整理：陈实
