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核能船“陸奧”號(hào)（MUTSU）

日本核能委員會(huì)在1961年公布的“核能長(zhǎng)期使用計(jì)劃”中指出：鑒于美國(guó)和蘇聯(lián)的核能船已經(jīng)建成，日本要到1970年左右建成第一艘核能船，用來(lái)確立核能船建造技術(shù)和培訓(xùn)船員＊9。

＊9 當(dāng)時(shí)，美國(guó)建成了“薩瓦納號(hào)”（Savannah），蘇聯(lián)建成了“列寧號(hào)”。另外，西德也有建造核能船的計(jì)劃。

據(jù)參考文獻(xiàn)介紹，日本核能委員會(huì)于1963年7月確定了“首艘核能船開(kāi)發(fā)基本計(jì)劃”，并于1963年8月17日成立了原日本核能船開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)＊10。原日本核能船開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)于1976年4月提交了“反應(yīng)堆建設(shè)許可申請(qǐng)書(shū)”。1976年11月獲批，從1976年年底開(kāi)始建設(shè)，1971年日本第一艘核能船建成＊11。由于以青森縣的陸奧灣作為系泊港，因此該船被命名為“陸奧”號(hào)。

＊10 首艘核能船開(kāi)發(fā)基本計(jì)劃中寫(xiě)明了采用輕水冷卻型反應(yīng)堆以及使用目的（海洋觀測(cè)和培訓(xùn)船員）。后來(lái)，使用目的改成了特殊貨船。

＊11 船體由石川島播磨重工業(yè)公司（現(xiàn)IHI）制造，反應(yīng)堆由三菱核能工業(yè)公司建造。長(zhǎng)130米×寬19米×深13.2米，總噸位8241.72噸，航速為16.5海里（30.6km/h）。配備了一個(gè)壓水反應(yīng)堆（反應(yīng)堆熱功率為36MW）和兩個(gè)柜式蒸氣發(fā)生器。反應(yīng)堆安全殼的設(shè)計(jì)壓力為12kg/cm2G。

由于當(dāng)?shù)貪O民的反對(duì)，陸奧號(hào)未能在系泊港內(nèi)進(jìn)行提高功率的試驗(yàn)，而是在太平洋上進(jìn)行的＊12。1974年9月1日，達(dá)到額定熱功率的1.4％時(shí)，發(fā)生了意外的核泄漏。

＊12 提高功率的試驗(yàn)是在太平洋上尻屋崎以東約800公里的海上進(jìn)行的。

后來(lái)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，核泄漏發(fā)生在反應(yīng)堆安全殼外上部的屏蔽體部位。原因是放射線(xiàn)一邊散射一邊透過(guò)屏蔽體狹小空間的streaming現(xiàn)象。1978年7月，陸奧號(hào)的新系泊港確定在長(zhǎng)崎縣佐世保市的佐世保港，并在這個(gè)海港實(shí)施了屏蔽體修復(fù)工程和安全總檢查等（1982年6月完工）。修復(fù)后的1985年3月31日，原日本核能船開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)并入了日本核能研究所，后來(lái)在太平洋上提高功率的試驗(yàn)及性能試驗(yàn)都是由日本核能研究所實(shí)施的。

日本核能研究所的資料中記載，雖然陸奧號(hào)配備了具有潛在核輻射危險(xiǎn)的反應(yīng)堆，但其船體采用了跟普通客船、貨船及油輪一樣的船底結(jié)構(gòu)�？赡苁菂⒖剂嗣绹�(guó)和蘇聯(lián)的先例，未采用防止觸礁和撞船的雙重構(gòu)造，構(gòu)造存在缺陷。另外，為了方便從反應(yīng)堆安全殼外的上部更換燃料時(shí)拿開(kāi)屏蔽體、揭開(kāi)反應(yīng)堆安全殼蓋及揭開(kāi)反應(yīng)堆壓力容器蓋等，對(duì)遮蔽體的構(gòu)造下了一番工夫。

估計(jì)設(shè)計(jì)者優(yōu)先考慮了設(shè)置場(chǎng)所和目的做了最佳設(shè)計(jì)，但由于當(dāng)時(shí)屏蔽實(shí)驗(yàn)和計(jì)算存在不確實(shí)性，反而事與愿違，導(dǎo)致了屏蔽缺陷。修復(fù)后，根據(jù)基于放射線(xiàn)傳輸計(jì)算代碼的結(jié)果，增加了特別重的混凝土屏蔽體＊13。

＊13 計(jì)算代碼采用了一維的“ANISN”、二維的“DOT-3.5”以及一維和二維的“PALLAS”等。

其實(shí)，原日本核能船開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)曾委托西屋公司對(duì)陸奧號(hào)的反應(yīng)堆做過(guò)技術(shù)評(píng)估。西屋指出反應(yīng)堆安全殼外上部的屏蔽做得不夠，但原日本核能船開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)未作任何改進(jìn)。

陸奧號(hào)的反應(yīng)堆是采用1960年代中后期的技術(shù)設(shè)計(jì)的。雖然日本核能研究所用來(lái)做屏蔽研究等的JRR-4在1965年7月19日達(dá)到了額定熱功率，但其研究成果并未充分反映到陸奧號(hào)的屏蔽設(shè)計(jì)中。日本當(dāng)時(shí)剛開(kāi)始著手屏蔽研究，研究人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)及數(shù)據(jù)蓄積還有待提高。如果陸奧號(hào)的反應(yīng)堆是在1970年代中期設(shè)計(jì)的，由于基于JRR-4的屏蔽研究已有進(jìn)展，估計(jì)不會(huì)出現(xiàn)失誤。

圖1：“文殊”號(hào)的系統(tǒng)構(gòu)成

陸奧號(hào)核泄漏的原因不是反應(yīng)堆的構(gòu)造缺陷，而是由于周邊技術(shù)——反應(yīng)堆安全殼外上部屏蔽體的缺陷。原日本核能船開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)在成立大約3年后才著手設(shè)計(jì)工作，因此內(nèi)部的經(jīng)驗(yàn)和人才缺乏，只能依賴(lài)于原日本科學(xué)技術(shù)廳（現(xiàn)在的文部科學(xué)�。┫聦俚难芯繖C(jī)構(gòu)和民營(yíng)企業(yè)派遣者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。在這種體制下，派遣者存在為原單位謀求利益、妨礙其他公司的行為以及派遣者之間相互扯皮等，阻礙事業(yè)的發(fā)展，很難進(jìn)行管理和業(yè)務(wù)執(zhí)行。核泄漏很可能不單純是由技術(shù)缺陷造成的，還跟開(kāi)發(fā)體制的缺陷有關(guān)。實(shí)際上，陸奧號(hào)的項(xiàng)目管理不當(dāng)，開(kāi)發(fā)費(fèi)用花了最初預(yù)算的10倍，開(kāi)發(fā)時(shí)間用了最初預(yù)算的幾倍。

快速中子增殖反應(yīng)堆原型堆“文殊”號(hào)

隨著1967年10月2日原日本動(dòng)力反應(yīng)堆及核燃料開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)（PNC）成立，日本核能研究所繪制的快速中子增殖反應(yīng)堆（FBR）實(shí)驗(yàn)堆“常陽(yáng)”和新型轉(zhuǎn)換堆（ATR）原型爐“普賢”號(hào)的概念圖轉(zhuǎn)給了PNC。PNC在反應(yīng)堆廠商的協(xié)助下，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終將這些反應(yīng)堆建成并投入運(yùn)行。

而快速中子增殖反應(yīng)堆原型堆“文殊”號(hào)是以技術(shù)開(kāi)發(fā)為目的，由PNC在反應(yīng)堆廠商的協(xié)助下獨(dú)立進(jìn)行概念設(shè)計(jì)乃至詳細(xì)設(shè)計(jì)，從而建成并投入運(yùn)行的反應(yīng)堆。圖1是“文殊”號(hào)的系統(tǒng)圖，圖2是溫度計(jì)的截面圖。

圖2：溫度計(jì)的截面圖 未在溫度計(jì)管粗度突變的部分設(shè)置R，因此在液體鈉的流力振動(dòng)所引起的覆變應(yīng)力下破損，鈉通過(guò)溫度計(jì)內(nèi)部從接頭上部流出。

從時(shí)間順序可以看出，“文殊”號(hào)的設(shè)計(jì)沒(méi)有充分反映常陽(yáng)的運(yùn)行業(yè)績(jī)。溫度計(jì)是由石川島播磨重工（現(xiàn)IHI）設(shè)計(jì)、由東京都大田區(qū)的街道工廠制造的。為避免應(yīng)力集中而在段差位置設(shè)置R是行業(yè)常識(shí)，但該溫度計(jì)卻直接采用了跟管內(nèi)鉆頭頂端角度平行的段差形狀。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種低級(jí)設(shè)計(jì)失誤證明街道工廠的熟練工人越來(lái)越少。而IHI的設(shè)計(jì)人員也沒(méi)做實(shí)驗(yàn)。液體鈉（Na）和水的流力特性非常相似，可以用水中實(shí)驗(yàn)來(lái)代替。但“文殊”號(hào)跟陸奧號(hào)一樣，不是因反應(yīng)堆本身的缺陷也是因周邊技術(shù)的缺陷而失敗的＊14。

＊14 “文殊”號(hào)是使用鈾鈽混合氧化物（MOX）燃料、用液體鈉冷卻的發(fā)電功率為28萬(wàn)千瓦的快中子增殖反應(yīng)堆原型堆。詳細(xì)設(shè)計(jì)和建設(shè)有東芝、日立、富士及三菱重工參與�！拔氖狻碧�(hào)于1984年下單，1985年10月開(kāi)工建設(shè)，1984年4月5日達(dá)到臨界。但是，在提高功率的試驗(yàn)過(guò)程中，1995年12月8日，由于安裝在二次液體鈉管道上的溫度計(jì)的小小設(shè)計(jì)缺陷而折損，液體鈉通過(guò)溫度計(jì)的管子泄漏到系統(tǒng)外，引發(fā)了火災(zāi)。加上PNC的不作為，事故后不得不停運(yùn)了10多年。

反應(yīng)堆冷卻系管道不管是一次系統(tǒng)還是二次系統(tǒng)都要具有很高的可靠性。從系統(tǒng)安全的角度來(lái)看，不僅管道，管道上安裝的各種傳感器也要跟管道具有同等的可靠性。但是，雖然管道的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)在安全審查范圍內(nèi)，但傳感器只在施工申請(qǐng)書(shū)中有提到，基本不經(jīng)過(guò)審查。也就是說(shuō)，“文殊”號(hào)的鈉泄漏事故不僅是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者的低級(jí)設(shè)計(jì)失誤，還源于安全審查和施工申請(qǐng)書(shū)等制度缺陷。安全審查及申請(qǐng)書(shū)等的可靠性不是通過(guò)審查方的注意力來(lái)保證的，而是通過(guò)申請(qǐng)方的注意力和相互的信任關(guān)系來(lái)維持的。從安全角度來(lái)講，這是極其脆弱的。

“文殊”號(hào)停運(yùn)14年是PNC在發(fā)生事故時(shí)應(yīng)對(duì)不力造成社會(huì)信用喪失的結(jié)果，也說(shuō)明了日本科學(xué)技術(shù)廳項(xiàng)目管理不嚴(yán)。1990年代后半期，日本國(guó)內(nèi)的技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目有幾項(xiàng)取得了成功，積累了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。盡管如此，拿不出重啟的具體方案而浪費(fèi)掉大量時(shí)間的責(zé)任是重大的。

PNC承擔(dān)的日本國(guó)家項(xiàng)目

最后，再分析一下PNC這一組織存在的問(wèn)題。PNC由于組織不穩(wěn)固，成立30年就不得不解散了。PNC及其后來(lái)改組而成的核燃料循環(huán)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JNC）的口碑比日本核能研究所還差。但是，如果當(dāng)初PNC沒(méi)有成立，日本核能研究所很有可能變得跟PNC一樣。

筆者認(rèn)為PNC口碑差及項(xiàng)目失敗的根本原因在于“參謀本部方式”這一體制，“動(dòng)力堆開(kāi)發(fā)懇談會(huì)”于1966年5月尊重以電力公司為中心的產(chǎn)業(yè)界的意見(jiàn)，決定采用重視業(yè)務(wù)委托的“參謀本部方式”。這種參謀本部方式的確定過(guò)程如下。

“圍繞新事業(yè)團(tuán)的作用和性質(zhì)也從很多角度，進(jìn)行了充分認(rèn)真地討論，有時(shí)還舉行非公開(kāi)會(huì)議。即使日本核能研究所反對(duì)也要舉國(guó)推進(jìn)的該動(dòng)力堆開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的核心——新法人應(yīng)該定性為開(kāi)發(fā)參謀本部？還是開(kāi)發(fā)公社？還是包括設(shè)施和人員在內(nèi)的機(jī)構(gòu)？大家有很大的分歧。按照日本的慣例，一個(gè)新組織需要幾年才能有效運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，而急于追趕發(fā)達(dá)國(guó)家的該項(xiàng)目以開(kāi)發(fā)公社方案不合適為由排除了該方案，而確定了重視業(yè)務(wù)委托的參謀本部方式，不是將人才引進(jìn)事業(yè)團(tuán)而是要充分發(fā)揮各組織機(jī)構(gòu)的實(shí)力。并且，為了按計(jì)劃推進(jìn)業(yè)務(wù)，PNC決定利用OR方法及RERT等科學(xué)管理方法靈活運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，還設(shè)立了項(xiàng)目管理部�！�

但實(shí)際上，日本國(guó)家項(xiàng)目的預(yù)算通過(guò)PNC這一機(jī)構(gòu)流到了核能產(chǎn)業(yè)界。這里的工作人員既是PNC的員工，又是反應(yīng)堆廠家等民營(yíng)企業(yè)派遣來(lái)的工程師，他們寫(xiě)完技術(shù)參數(shù)書(shū)之后，就委托原單位進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品制造。導(dǎo)致PNC的國(guó)產(chǎn)動(dòng)力堆開(kāi)發(fā)不能按計(jì)劃進(jìn)行，未能取得很大的成功。筆者認(rèn)為失敗的根本原因是采用重視業(yè)務(wù)委托的參謀本部方式，造成員工責(zé)任感稀薄。

ATR“普賢”號(hào)于PNC成立后的1967年底訂貨，于3年后的1970年12月開(kāi)工建設(shè)，1978年3月20日達(dá)到了臨界。后來(lái)也沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的事故和故障，一直順利運(yùn)行。因此，日本電源開(kāi)發(fā)公司準(zhǔn)備在青森縣大間町建設(shè)新型轉(zhuǎn)換堆實(shí)證堆，但日本電氣事業(yè)聯(lián)合會(huì)（電事聯(lián)）以新型轉(zhuǎn)換堆的經(jīng)濟(jì)效益為由決定取消項(xiàng)目。實(shí)證堆項(xiàng)目于1995年被取消。PNC接到日本科學(xué)技術(shù)廳的行政命令，在“普賢”號(hào)的設(shè)計(jì)壽命——30年內(nèi)停止了運(yùn)行。

一般，反應(yīng)堆是按照實(shí)驗(yàn)堆、原型堆、實(shí)證堆、商業(yè)堆的順序來(lái)開(kāi)發(fā)＊15。但是，只有“普賢”號(hào)是從原型堆開(kāi)始開(kāi)發(fā)的。因?yàn)橄瘛捌召t”號(hào)這樣的壓力管式重水減速型沸騰輕水冷卻堆在英國(guó)已有SGHWR這個(gè)先例＊16。實(shí)際上，日本核能研究所在概念設(shè)計(jì)的最后階段曾請(qǐng)做過(guò)SGHWR詳細(xì)設(shè)計(jì)的企業(yè)做技術(shù)指導(dǎo)。

＊15 實(shí)驗(yàn)堆的目的是驗(yàn)證技術(shù)的可行性和安全，原型堆的目的是驗(yàn)證大型技術(shù)系統(tǒng)的可行性和安全，實(shí)證堆的目的是驗(yàn)證商業(yè)規(guī)模下的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

＊16 SGHWR的發(fā)電功率為10.2千瓦，1963年訂貨時(shí)尚在建設(shè)中。

“普賢”號(hào)能夠使用天然鈾、微濃縮鈾及鈾鈽混合氧化物（MOX）燃料，不僅為核燃料利用的多樣性開(kāi)辟了道路，還適合推進(jìn)核不擴(kuò)散政策。因此，從反應(yīng)堆系統(tǒng)的構(gòu)成和安全性來(lái)看，也是世界上比較出色的技術(shù)。但是，其被輕水反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)效益逐漸被世人所了解的時(shí)代背景所捉弄，被日本電事連以經(jīng)濟(jì)效益為由而放棄。這是日本沒(méi)有長(zhǎng)期培育國(guó)產(chǎn)動(dòng)力堆的開(kāi)發(fā)姿勢(shì)的一種表現(xiàn)。

另一方面，“文殊”號(hào)因前面提到的液體鈉泄漏和火災(zāi)事故以及后來(lái)的應(yīng)對(duì)不力，未能運(yùn)行到2009年春季。后來(lái)還發(fā)現(xiàn)了很多故障，至今也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)額定功率運(yùn)行。事故過(guò)去大約17年后仍不能實(shí)現(xiàn)額定功率運(yùn)行的核能行政和開(kāi)發(fā)體制需要進(jìn)行根本性改革。

FBR的開(kāi)發(fā)因日本沒(méi)有技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，是從實(shí)驗(yàn)堆常陽(yáng)開(kāi)始的。1970年12月開(kāi)工建設(shè)，1977年6月達(dá)到臨界。常陽(yáng)的概念設(shè)計(jì)是由日本核能研究所做的，在PNC成立后將項(xiàng)目轉(zhuǎn)給了PNC。世界上的FBR實(shí)驗(yàn)堆和原型堆發(fā)生了很多事故和故障，但常陽(yáng)一直沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的問(wèn)題和事故或故障。估計(jì)是因?yàn)槿毡竞四苎芯克�的概念設(shè)計(jì)做得好。

PNC從概念設(shè)計(jì)開(kāi)始就獨(dú)立運(yùn)作的“文殊”號(hào)是在常陽(yáng)達(dá)到臨界之后大約7年后才訂貨的。但是常陽(yáng)的技術(shù)積累并未充分運(yùn)用在“普賢”號(hào)的設(shè)計(jì)和品質(zhì)管理上。發(fā)生重大事故及后來(lái)停運(yùn)17年不過(guò)是PNC體制問(wèn)題的表現(xiàn)。明顯暴露出了參謀本部方式的缺點(diǎn)。（作者：櫻井淳，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）