果殼網此前所發Josef Oehmen所寫《為什么不用擔心日本的核電站》一文引起了廣泛關注。如今，麻省理工學院核動力委員會在此文的基礎上進行了一些修正，并將其放到了官方網站上。修正文本總結了“福島到底發生了什么”這個問題，并在持續更新中。
| 譯者: | Ashie Ent |
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福島核電站的構造
福島核電站的反應堆屬于“沸水反應堆”（Boiling Water Reactors），縮寫 BWR。沸水反應堆靠沸水來發電。核燃料對水進行加熱，水沸騰后汽化，然后蒸汽驅動汽輪機產生電流，蒸汽冷卻后再次回到液態，之后再把這些水送回核燃料處進行加熱。反應堆的溫度大約是285攝氏度。
上文提到的核燃料就是氧化鈾。氧化鈾是一種熔點在2800℃的陶瓷體。燃料被制作成小圓球（直徑1cm高1cm的小圓柱）。這些小圓柱被放入一個用失效溫度1200℃（會被水自我催化氧化）的鋯錫合金制成的長管，然后密封起來。這就是一個燃料棒（fuel rod）。然后這些燃料棒被放到一起組合為一個更大的單元，然后數百個燃料單元就組成了一個核反應堆堆芯（core）。
固體燃料小顆粒（一個氧化陶瓷基）是第一層屏障，用來限制放射性裂變反應中產生的放射性裂變產物。鋯錫合金是第二層屏障，來隔絕放射性燃料與反應堆的其他部分。
之后反應核心被放到壓力倉中。壓力倉是個很厚的鋼鐵容器，工作壓力大約是7MPa（約1000磅/平方英寸），設計時考慮了事故的可能，能夠承受事故造成的高壓。壓力倉是防止核泄漏的第三道屏障。
核反應堆的整個主回路（包括壓力倉、管道、泵、冷卻水）裝在安全殼中，它是防止核泄漏的第四道屏障。安全殼由鋼鐵和混凝土制成，極厚而且完全密封。它存在的目的只有一個：當反應核心熔融時，無條件將其控制在安全殼內部。為了這個目的，安全殼四周也有巨大厚重的混凝土結構，它叫做外殼安全殼。
安全殼和外殼安全殼都位于反應堆廠房中。廠房是為反應堆遮風擋雨的外殼。（廠房是在爆炸中毀壞的部分，后面還會詳細解釋。）
核反應基本原理
鈾燃料被中子誘導發生核裂變，從而產生熱量。鈾原子裂變為兩個輕原子（也就是裂變產物）。這個過程會產生熱量和更多的中子（中子是構成原子的微粒之一）。當一個中子擊中了另一個鈾原子時，鈾原子會分裂，產生更多的中子，這樣無限進行下去，也就是鏈式核反應。在正常的全功率工作狀態下，一個反應核心的中子總數是恒定的，反應堆處在一種臨界狀態。
值得一提的是，反應堆中的核燃料絕不會引起像原子彈那樣的爆炸。切爾諾貝利爆炸的危害來自過大的壓力累積以及氫氣爆炸，破壞了所有保護結構，融化的核心物質被拋灑到環境中。注意切爾諾貝利根本沒有安全殼一類的環境屏障。日本絕不會發生切爾諾貝利那樣的事故，后面還會詳細解釋。
為了控制鏈式核反應，反應堆操作者會用到控制棒。控制棒由硼制成，能夠吸收中子。在沸水反應堆的正常運轉中，控制棒用于保持鏈式反應的臨界狀態。控制棒也會用在反應堆的關閉過程中，將其功率從100%降到7%。
余熱是由裂變產物的放射性衰變產生的。放射性衰變是裂變產物以微粒形式（α、β、γ、中子等）釋放能量從而使自身達到穩態的過程。反應堆中會產生多種裂變產物，包括銫和碘。余熱在反應堆關閉后會逐漸消失，但仍需要冷卻系統來消除余熱，防止燃料棒過熱造成屏障失效、核物質泄漏。保持足夠的冷卻能力來消除反應堆的余熱，是目前日本反應堆所面臨的最大挑戰。
很重要的一點是，許多裂變產物衰變得非常快，還沒等你說完“放射性核物質”這個詞，它們就會變得全然無害。另外一些裂變產物衰變得相對較慢，例如銫、碘、鍶、氬。
福島到底發生了什么 （截止到3月12日，12日之后的更新附在末尾）
接下來總結目前的主要事實。沖擊核電站的地震的威力是核電站設計時所能承受的威力的數倍（震級之間的放大倍數是對數關系，所以同樣條件下 8.9 級地震的威力是 8.2 級，即核電站的設計抗震威力的 5 倍，而不是 0.7 的差異）。
當地震沖擊核電站時，所有的反應堆就自動關閉了。在地震開始后的數秒內，控制棒就插入到了核心內，鏈式反應即刻中止。而此時，冷卻系統就開始帶走余熱。這些余熱相當于反應堆正常運轉時產生的 7% 的熱量。
地震摧毀了核反應堆的外部電力供應。而這是核反應堆能夠遇到的嚴重故障之一，稱為“全廠斷電”。設計反應堆和它的備用系統時考慮到了這種可能性，因此核電站有備用電力系統，以維持冷卻泵的運轉。另外，由于反應堆已關閉，核電站本身不能產生任何電力。
地震發生后的第一小時，多組緊急備用柴油發電機中的一組啟動，為冷卻泵提供了所需的電力。然后海嘯來了，比核電站設計時所預料的規模要更巨大的海嘯，淹沒了所有的柴油發電機組，導致它們失靈了。
在設計核電站時，一個基本原則是“縱深防御”。這意味著工程師需要設計一座能夠抵御嚴重災害的廠房，就算好幾個系統都失效了依然不能出問題。一場摧毀所有柴油發電機的海嘯就是這樣的場景，但3月11日的海嘯的嚴重程度超過了所有的預料。為了應付這樣的事件，工程師們設計了一道額外防線：把所有的結構放進一個安全殼（如前所述），這個殼的設計思路就是把一切牢固地關在里面。
當海嘯襲來，柴油發電機組失靈后，反應堆操作員將反應堆切換到使用緊急電池。這些電池被設計為備用方案的備用方案，用于提供給冷卻系統 8 個小時所需的電力，并且也確實完成了任務。
8小時后，電池用盡，殘熱無法再被帶走。這時反應堆操作員開始按照“冷卻失靈”的緊急預案進行處理。這是“縱深防御”中的更進一層。這一切，無論在我們看起來多么讓人震驚，但卻是反應堆操作員的培訓的一部分。
于是在這個時候外界開始談論可能發生的堆芯熔化。因為到了最后，如果冷卻系統無法恢復，核心幾天之后遲早會融化，可能會被包裹在安全殼中。注意，“熔化”這個詞的定義很是模糊。如果要形容燃料棒外面的鋯合金屏障出現問題的話，“燃料故障”是個更好的詞。鋯合金會先于核燃料而融化，這一現象有很多可能的原因——壓力太大，氧化劑太多，溫度太高，等等。
但是，熔化還要一段時間才會發生。現在當務之急是在堆芯持續升溫時將之控制住，并確保燃料棒的鋯錫合金外殼完整，盡可能起作用的時間更長一點。
既然讓堆芯冷卻是最重要的事情，因此反應堆內實際上有多個獨立的冷卻系統（反應堆給水清潔系統，衰變降溫系統，反應堆核心隔離冷卻系統，備用液體冷系統，等等；這一切組成了緊急核心冷卻系統）。而究竟哪一個失效了或是沒有失效，在此時無法得知。
損失了能源，操作者就失去了大部分的冷卻能力，只能有什么用什么，盡可能導走熱量。但熱的產生速度依然比散熱速度快，因此越來越多的水沸騰成蒸氣，內部壓強也開始上升。目前優先要做的是保持溫度低于1200℃以保證燃料棒合金外殼的完整，并維持系統壓力不要太高。但要確保壓力不太高，必須時不時把水蒸氣和堆內的其它氣體釋放出來。一旦發生事故時，保證壓力不超限是很重要的，所以反應堆壓力室和安全殼都設計有好幾個減壓閥。
就像之前提到的那樣，蒸汽和其它氣體會被排走。一些氣體是放射性裂變產物，但量很小。因此，當反應堆操作者開始為系統排氣時，一些放射性氣體會在嚴密控制下被釋放到環境中（氣體量很小，會經過過濾和洗滌）。盡管一些氣體有放射性，但它們不會對公眾安全造成威脅，即便對反應堆的工作人員也是這樣。這個操作程序是合理的，因為比起不排氣可能造成的危險，它的造成的影響很輕。
與此同時，移動式發電機被運送到反應堆附近，恢復了一部分供電能力。然而，沸騰和排氣所消耗水的速度大于向反應堆中加水的速度，因此冷卻系統的冷卻能力降低了。在某些排氣過程中，水位會降低到燃料棒頂端以下。無論如何，一些燃料棒的覆層溫度會上升到1200℃以上，從而在鋯合金和水之間引發化學反應。這種氧化反應會產生氫氣，它與蒸汽混合一同被排出。這個反應在人們預料之中，但產生的氫氣總量是未知的，因為操作員不知道燃料棒的具體溫度，也不知道水位到底多高。由于氫氣高度易燃，當足夠多的氫氣與空氣混合時，它會與氧氣反應。如果氫氣的量夠多，反應會迅速進行，產生爆炸。有時候在排氣的過程中，安全殼內部也會積聚足夠的氫氣（而安全殼內部沒有空氣），因此一旦開始排氣，氫氣接觸到空氣就會發生爆炸。這種爆炸發生在安全殼之外、廠房之內（而廠房沒有保障功能）。注意3號機組也發生了類似的爆炸。這次爆炸毀壞了廠房的屋頂和一部分槍斃，但沒有破壞到安全殼或壓力倉。雖說這是個意料之外的狀況，但它發生在安全殼之外，沒有對核電站的安全結構造成威脅。
由于一些燃料棒覆層溫度超過了1200℃，這種破壞已經發生了。核物質本身毫發無損，但包裹它的鋯合金外殼開始失去保護功能。目前，一些放射性裂變產物（銫、碘之類）開始與水和蒸汽混合。有報道說在蒸汽中已經監測到了小部分銫和碘，它們被排放到了大氣中。
由于反應堆的冷卻能力有限，而反應堆中的總水量一直在下降，因此工程師決定注入海水（其中混合了中子吸收劑硼酸）以保證燃料棒仍浸沒在水中。盡管反應堆已經關閉，但以防萬一仍需加入硼酸，保持反應堆的關閉狀態。硼酸也能困住一部分水中的碘，防止它逃逸，但這不是硼酸的本職工作。
冷卻系統中所用的水是經過純化和脫礦的水。使用純水的目的是在反應堆正常運轉時減小冷卻系統的腐蝕。注入海水之后需要花更多時間清洗設備，但目前可以起到救急的作用。
這個過程會把燃料棒的溫度降低到無害級別。由于反應堆早已關閉，余熱已經減小，因此核電站內部壓力已經保持穩定，無需繼續排氣。
更新 - 美國東部時間3月14日晚8:15
根據東京電力公司新聞稿，1號和3號機組目前處于穩定狀態，但燃料損傷程度仍是未知。也就是說，在當地時間3月14日下午2:30，福島核電站的輻射水平已經降到了231微西弗。
更新 - 美國東部時間3月14日晚10:55
2號機組的事故細節還不確定。文章中有關2號機組的部分增加了一些最新信息。輻射水平增加了，但增加到何種程度還是未知。
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