从福岛核事故看日本的核电技术发展
信息来自:2014年07月03日 15:47:58  来源: 新华网日本频道 · 作者:( 编辑:李大超 ) · 日期:03-07-2014

新华网日本频道北京7月3日电 题:从福岛核事故看日本的核电技术发展

    作者 中国社会科学院名誉学部委员、日本研究所研究员冯昭奎

    中国社会科学院日本研究所《日本学刊》供本网特稿

    中国社会科学院名誉学部委员、日本研究所研究员冯昭奎在《日本学刊》2014年第4期发表《试论日本的核电技术发展——福岛核事故与日本核电发展路径缺陷》(全文约2.8万字)。

    冯昭奎认为,日本福岛核事故是已有先兆的危机,从日本核电技术发展的历程可以看到其发展路径存在缺陷,如美日政府共同制造的核电“绝对安全”神话促使日本核电事业迅速起步,一味引进存在本质缺陷的美式轻水堆给核电安全埋下隐患,核燃料循环自主开发乏善可陈暴露出日本科技“应用强、基础弱”、“模仿能力强、自主开发弱”的瘸腿特征,基于核电技术军民两用特征,日本发展核电存在“双重动机”,对可转用于军事的“敏感”技术投入过多等。种种因素影响了日本核电产业对民用技术的改进完善,各种不安全因素日积月累,最终酿成大灾难。

    冯昭奎在文章中写道,2011年3月11日发生的大地震和大海啸,引发了福岛核电站七级事故,至今余波未平。应该说,福岛核事故是已有先兆的危机,是偶然中的必然,存在一系列教训。诸如迷信核电“绝对安全”神话,早期核电站(特别是发生事故的福岛机组)选址过度拘泥于美国设计标准和成本因素,“多业主”核电体制分散了核电专业力量,在后处理工厂运行中只顾降低成本而忽视安全要求等。可以认为,这与战后日本核电技术发展的主要特征及路径缺陷存在着必然的联系。

    (一)美日政府共同制造核电“绝对安全”神话,促使日本核电事业迅速起步

    福岛核事故发生意味着在日本盛行一时的核电“绝对安全”神话的破产,而核电“绝对安全”神话恰恰是美日政府为了在一个经历过原子弹轰炸酿成人间惨剧的日本,发展一种在技术实质上与原子弹“本是同根生”的核电产业而刻意制造出来的。

    在曾经遭到美国原子弹轰炸和“第五福龙丸”事件冲击的日本,欲迈出发展核电产业的第一步,首先需要的不是基础研究和自主技术开发(因为可以依赖美国技术),而是对民众的“洗脑”。“洗脑”的主要内容就是宣传和平利用核能是如何地“美好”和“安全”,尤其是为了推进核电站建设,多向民众介绍核电的安全性,而且把安全性说到极致和绝对的程度,造就了核电“绝对安全”神话。日本的核电技术和产业要大踏步迈进,需要以核电“绝对安全”神话作为垫脚石。正如船桥洋一所说:“一些利益团体为了获得人们对核能的广泛支持而对其(核能)大肆鼓吹,我们的核工业因此陷入了‘绝对安全'的扭曲神话。这种安全神话讲久了,连编造神话的人都信以为真了。”

    伴随核电“绝对安全”神话日益深入人心,1955年11月日美两国签署了《日美核能协定》,美国承诺向日本提供试验用反应堆的设计资料,并借给日本六公斤铀235浓度为20%的核材料。这对于有了预算却不知怎么花的日本核电推进派来说无异是一场及时雨。同年12月,代表保守势力的自民党与代表革新势力的社会党通力合作,推动《核能基本法》等“核能三法”迅速获得国会通过。这反映出,至少在战后一段时期,日本主要政治力量一致推动以核电为中心的核能科技和产业发展,其动机首先是着眼于以核能作为“复兴日本”、开发新型能源的强国利器。

    1956年1月1日核能委员会建立,并在9月“内定”了“核能研究开发利用长期计划”,确定了“以国产化为目标,积极引进国外技术”的核电发展方针。根据《日美核能协定》,日本于1956年6月在茨城县东海村设立了日本核能研究所,并为美国借给日本的浓缩铀设立保管场所和相关研究机构,东海村成为日本核能研究的中心地。利用美国提供的设计资料,设在东海村的动力实验堆JPDR(美式沸水堆)于1963年10月26日首次成功发电,作为纪念,每年的10月26日被定为日本的“核能日”。

    正是把日本建成“遏制共产主义防波堤”的全球战略需要,促使美国成为启动日本核电开发的主要推动者,并在相当长时期成为日本建设美式实验反应堆所必须的浓缩铀的唯一提供者。而且,启动日本核电开发的两个关键人物——中曾根康弘和正力松太郎都与美国关系密切,受到美国的特殊青睐和提携。也正是日美核电利益集团共同制造的核电“绝对安全”神话,加上战后日本经济高速增长的“东风”劲吹,使日本各大电力公司得以在20世纪60年代接连完成了16处核电站的选址工作。

   (二)大量引进存在本质缺陷的美式轻水堆,给日本核电安全埋下隐患 

    1963~1964年,美国通用电气公司(GE)和西屋电气公司(WH)相继向全世界推销以低浓缩铀为燃料、以轻水(普通水)兼作减速剂和冷却剂的轻水反应堆(LWR),并以价格竞争优势和“交钥匙工程”的出口方式来吸引买家。轻水堆有两种类型,即沸水反应堆(BWR)和压水反应堆(PWR),前者主要由通用电气公司制造,后者由西屋电气公司制造。这原是美国为军舰开发的核动力堆,为了同苏联竞争,通用和西屋公司匆忙对军用反应堆进行改造,为适应商业竞争需要而使用了建造容易、占地较少、造价较低的设计结构,其经济性明显优于可使用天然铀的卡德堆,但缺点是必须使用低浓缩铀,且对安全性考虑不周。这是因为当时美国正致力于同苏联开展核军备竞赛,人力财力都优先投向军事核技术领域,对民用核技术领域的投入 远不能满足建造安全可靠的商用反应堆的需要,致使轻水堆在安全方面存在本质上的缺陷,给大量采用该堆型的日本核电产业的安全问题埋下了隐患。

    鉴于轻水堆的整体优势,从1964年开始日本各大电力公司纷纷决定引进。1967年就有三个轻水堆开始动工建设,第一个是日本核能发电公司采用通用与东芝、日立合作制造的沸水堆所建造的“敦贺1号”机组(35.7万千瓦),于1970年3月正式运行,按单位成本计算的输出功率为卡德堆的2.7倍。接着,是关西电力公司采用西屋与三菱重工合作制造的压水堆建设的“美滨1号”机组(34万千瓦),于1970年11月竣工运行,东京电力公司采用通用与东芝、日立合作制造的沸水堆建设的福岛第一核电站1号机组也于1971年8月竣工运行。三个商用反应堆相继竣工运行,标志着日本商用反应堆引进潮的开始,之后日本几乎清一色地采用了美国开发的轻水堆或改良轻水堆。

    值得注意的是,日本自身的经济体制特色也影响了其核电产业的发展倾向。“日本式企业经营”的一大特色是重视长远考虑,在同其他企业的交易关系上也追求长期性和持续性,形成“系列企业”。鉴于这种经营特色,一旦某家电力公司选择特定电机公司制造的反应堆型后,就会凭着“关系”长期盯住。比如关西电力与东京电力之所以分别选择压水堆与沸水堆,与其说是比较了两种堆型的优缺点(事实上当时两种堆型的优劣对比并不清晰),更重要的原因是关西电力与三菱重工结成了系列关系,东京电力则与东芝、日立结成了系列关系,至于三菱集团与美国西屋、东芝与美国通用,早在20世纪20年代就展开了战略合作。这意味着电力公司选择轻水堆的不同堆型主要依据“企业关系”而非“性价比”,其结果是最初采用某种堆型的电力公司,其后就“从一而终”。除日本核能发电公司既引进了一个压水堆也引进了两个沸水堆以外,日本九大电力公司均在压水堆和沸水堆中“两者择一”,从而形成了“沸水堆阵营”(东京电力、东北电力、中部电力、北陆电力、中国电力)和“压水堆阵营”(关西电力、北海道电力、四国电力、九州电力),核电站订货完全被美国的通用、西屋以及日本的三菱重工、东芝、日立等大公司所垄断。这种“两大阵营”体制,导致日本核电站采用压水堆与沸水堆的数量和装机容量“势均力敌”、不相上下,与世界市场上这两种堆型的数量对比相去甚远。例如,2000年底,在全世界运行着的355个轻水堆(占反应堆总数436个的81.4%)中,压水堆为271个,沸水堆为84个,压水堆无论在数量上还是装机容量上均为沸水堆的三倍多。而且,法国的57个核电机组全部采用压水堆。尽管压水堆与沸水堆各有优缺点,但相对来说,压水堆安全性能较好,技术比较成熟,日益成为国际上最广泛采用的商用核电反应堆型。而在同期的日本,51个运行着的核电反应堆中,沸水堆28个,压水堆23个,这种因“系列关系”而形成的轻水堆型结构,显然对本国核电安全的总体水平不利。

    不仅如此,在电力、电机、建筑公司与通产省结成的“联合体”的努力下,日本一直努力提高引进轻水堆的国产化率。引进第一台沸水堆时,美国通用作为主合同方,日本国内企业负责压力容器制造和安装工程承包,国产化率达到56%;引进第一个压水堆时,美国西屋与关西电力同时作为主合同方,这是因为压水堆的一次回路系统与二次回路系统完全隔开,而二次回路系统与火力发电厂的汽轮机发电系统基本相同,日本国内企业完全有能力承担,其结果是国产化率达到62%。作为美国公司转包厂家的日本核电设备生产企业,尽管在设计、设备保养方面主要依靠引进,但在材料、设备制造和安装方面却达到了相当高的水平,基本做到了“一号堆国产化率达50%~60%,二号堆国产化率上升到80%~90%”的境界。但是反应堆装机容量每跃升一次(比如,从30万~40万千瓦提高到70万~80万千瓦,再提高到百万千瓦),首个反应堆的国产化率就会大幅下降,但第二个同等规模反应堆的国产化率又会立即大幅提高。

    日本在引进两种轻水堆之后,其运行过程也暴露出严重缺陷,例如沸水堆的不锈钢水管出现龟裂,压水堆的蒸汽发生器传热管损伤导致辐射能泄漏到汽轮机方面等。故障多发导致停机频频,设备利用率只有40%。为此,通产省于1975年开始以“产官学”合作方式推进了三次轻水堆改良计划(1975~1977年度、1978~1980年度、1981~1985年度),其目的除了冀望克服轻水堆缺陷外,也抱有摆脱对外国技术的依赖、增强自主开发能力的意图。三次改良计划在提高设备利用率方面取得了明显成效:沸水堆设备利用率从1975年的35.4%提升到1984年的72.2%,压水堆设备利用率从1975年的46.6%提升到1984年的76.2%。尤其是第三次改良计划,其重点是开发 “改良型轻水堆”,改良型沸水堆(ABWR)取得了实际成果,在该计划结束十几年间先后建成了四个机组,改良型压水堆则未能产生商用化成果。上述种种充分展现了日本核电产业在技术应用层面具有较强的模仿能力和改良能力,同时也暗含着基础研究弱、自主开发能力不强的不足。

    (三)核燃料循环技术自主开发乏善可陈,暴露日本科技“应用强、基础弱”

    战后日本依靠技术引进有力地推动了诸如钢铁、火力发电、石油化工、半导体等技术领域的发展,对实现经济发展“奇迹”做出了巨大贡献。然而,日本对核电技术的引进具有不同于其他领域的特殊性。

    战后日本绝大多数领域的技术引进都是在本国已具备一定研发基础的情况下进行的。这是因为日本发动的侵略战争主要是在他国领土上进行,虽然日本本土在战争后期也因美军空袭而遭到严重破坏,但明治以来长期营建而成的钢铁、火力发电、电子通信等工业基础大都保存下来,尤其是较工业设施更为重要的技术人才。可以说,即使一切都被破坏了,只要有“人”(训练有素的科技人才和技能劳动者,战后日本没有发生如同联邦德国那样优秀科学家和研究设施遭不同占领国争夺的情况),工业发展就会很快赶上来。然而,这种“在本国已具备一定研发基础”的情况与日本的核电技术引进显然无缘,这是因为虽然日本在战争期间也曾搞过核武器开发计划,但基本上一事无成,而且在1945年战败后,联合国严禁其搞核能研究,日本的核能研究无论在设施上还是在人才上都可以说是“一穷二白”。

    但是,日本依靠其战前工业化的遗产(包括人才、设施等)在引进商用反应堆方面依然进展迅速,这主要是因为核电反应堆实际上是采用核燃料的“锅炉”,在反应堆的堆芯以外,可以利用日本在战后迅速恢复和发展起来的火力发电(锅炉)技术(如蒸汽涡轮机等)。然而,到了发展核燃料循环技术环节,由于涉及无法依赖引进的“敏感技术”,很大程度上必须依靠自主开发,这就使日本核电技术队伍特别是主管核燃料循环技术的日本科技厅犯了难。

    就日本的核燃料循环技术而言,铀浓缩、后处理、快堆以及高放射性废物处理是“四大关键”。由于没有军事核技术基础(没有成功制造原子弹的技术积累),日本核电产业在发展初期既无铀浓缩的能力,又没有对核电站使用过的燃料进行后处理的能力,对放射性废物的处置也是“得过且过”,暂时存放,因此在一个时期内日本核电产业被形容为“既没有厨房又没有厕所的公寓”。由于民间企业出于经济效益考虑,对尚未达到商用化阶段的铀浓缩、后处理及放射性废物处理等研发项目缺乏兴趣,为此日本政府将核燃料循环的 “四大关键”作为大型“国家计划”,由国家投巨额资金,由科技厅和“动燃”进行一元化管理,取得研发成果后再由通产省推动企业将成果商业化。然而,这些新技术研发项目多数都未能取得令人满意的成果。

    通过对日本研发核燃料循环技术过程与引进商用核电技术过程进行对比,可以明显地看出日本科技“应用强、基础弱”,“民间强、政府弱”,“模仿能力强、自主开发弱”的特征。作为“二元体制”一极的科技厅与“动燃”集团在没有现成技术可模仿、只能依靠基础研究积累进行自力更生开拓的核燃料循环技术领域的业绩实在是乏善可陈,其中进展比较顺利的是铀浓缩。然而科技厅集团在铀浓缩方面取得的成绩也仅仅是开发了离心分离试验机而已,在试验机以后的发展阶段,主导权就转移到了电力和电机制造等民间企业方面。至于铀浓缩技术以外的领域,诸如后处理、快堆等的研发,均由于各种原因而遭到挫折。这应该说是对战后日本在核电技术领域采取一味依靠引进、照搬美英技术的发展路线的“报应”。与之对照,同一时期的联邦德国采取了以自主开发为主、同时结合引进的发展路线,其核电技术得到了比较平衡的发展。

  (四)日本发展核电技术具有“双重动机”,导致对“敏感”技术投入过多

    核能技术是典型的军民两用技术,以此为基础,日本发展核电技术是典型的“一心两用”过程。所谓“一心两用”,就是既要发展商用核电反应堆技术,又要通过发展核燃料循环技术积蓄开发核武器的潜力,而且无论从人力还是从政府财力的投入看,日本对开发核燃料循环技术的重视都大大超过了对民用核电技术的改进完善。

    在核燃料循环技术中,可转用于军事领域的“敏感”技术就是铀浓缩技术和后处理技术,日本对发展这两项技术十分热心。1982年3月,人形峠铀浓缩实验工厂开始运行,虽然该工厂制造的浓缩铀中的铀235丰度仅为核电燃料所需的3%~5%,但如果使用7000台离心分离机反复分离,生产“广岛型原子弹”并非难事,何况日本还在研究“原子激光浓缩法”,其特点是装置体积小、消耗电力少、便于秘密地建设和运行,一旦研究成功,不仅能浓缩铀,也能浓缩钚。此外,1981年开始运行的东海村后处理工厂对乏燃料的年处理能力达210吨,可提取约2.1吨“反应堆级”钚,加上委托英法两国进行后处理获取的钚,截至2012年日本国内储存的钚已达9.3吨,在英法存放的钚达34.9吨,共计44.2吨。又据2014年6月共同社披露,过去两年日本政府向国际原子能机构报告本国所储存的“未使用的钚”数量时,竟然漏报了640公斤。由于“反应堆级钚”中的钚239纯度只有62%,“武器级钚”要求的钚239纯度达93.5%,因此“反应堆级钚”不能直接用于制造原子弹。然而,如前所述,随着浓缩技术的进步,钚提纯技术的难度逐渐降低,以日本的高度技术水平,利用秘密方法将“反应堆级钚”精炼成“武器级钚”在技术上是有可能的。据国际原子能机构估计,只要25公斤20%的浓缩铀或8公斤钚即可制造一件核武器。显然,通过发展铀浓缩和后处理分离钚技术,日本已经具有大量制造核武器的潜力,至于日本是否能实现“拥核武”,则主要看它是否有直接开发核武器的政治意图或利用掌握核武器潜力进行对外“威慑”的意图。实践证明,日本发展核电技术早就具有明里开发“锅炉”即核电、暗里培植开发“炸弹”即核武器的潜力的“双重动机”。

    由于遭受过美国的原子弹轰炸,战后初期日本民众“反核”背后隐藏着深刻的反美情绪,所以美国虽然积极帮助日本开发核电技术,却不愿意看到日本搞自己的核武器,与此同时,日本长期处于美国“核保护伞”之下,至少在美国看来日本“没有必要”开发自己的核武器,如果日本执意开发核武器,就有想要摆脱美国“核保护伞”的嫌疑,近年来日本又掌握了可转用于开发洲际弹道导弹的固体火箭技术,安倍晋三早在2002年即主张开发“小型核武器”(实质上是指核导弹的弹头),尽管其针对目标主要是朝鲜和中国,却也意味着日本拥有了对美国“反戈一击”的潜力。上述诸种因素导致美国对日本开发自己的核武器一贯持反对立场。因此,日本开发可转用于军事的敏感技术的努力与美国对日核政策必然形成抵触,导致日美间发生激烈的外交摩擦。例如1977年1月上台的卡特总统发表“核不扩散政策”后,美国决定无限期推迟本国商用后处理工厂建设,对同盟国也要求照此办理,特别是对日本,要求即将建成的东海村后处理工厂需征得美国同意才能运行,从而导致日美间爆发了激烈争论。1977年4~9月展开了三次“日美后处理交涉”后达成协议:东海村后处理工厂可以运行,但在两年内处理的乏燃料量需限制在99吨以下,同时还要开发一种“混合抽取法”,将铀溶液和钚溶液以1∶1的比例混合,直接制造混合燃料MOX,显示出美国不想让日本单独提取钚的意图。为了减轻对美依赖和摆脱美国对其发展敏感技术的束缚,日本转而委托英法进行后处理分离钚,对此美国要求日本每次从英法运回钚均需征得美方同意,1981年里根总统上台后放宽为“只要满足一定条件”则无需每次征得同意。

    (五)日本核电的发展趋向

    战后日本凭借恶劣的国土资源和自然条件建成世界第二经济大国,确实创造了奇迹,但福岛核危机也表明,一个国家的发展不可能过度超越自然条件提供给本国的发展空间的极限。恩格斯说过:“我们不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利,自然界都报复了我们。”福岛核事故,从某种意义上说,正是日本对自然的过度索取与“征服”所招来的自然力的惩罚。

    从日本核电技术发展的历程可以看到其发展路径存在缺陷,如美日政府共同制造的核电“绝对安全”神话促使日本核电事业迅速起步,一味引进存在本质缺陷的美式轻水堆给核电安全埋下隐患,核燃料循环自主开发乏善可陈暴露出日本科技“应用强、基础弱”、“模仿能力强、自主开发弱”的瘸腿特征,基于核电技术军民两用特征,日本发展核电存在“双重动机”,对可转用于军事的“敏感”技术投入过多等。种种因素影响了日本核电产业对民用技术的改进完善,各种不安全因素日积月累,最终酿成大灾难。

    东日本大地震彻底摧毁了福岛第一核电站,却没有打垮日本统治集团发展核电的意志和决心。然而,今后日本核电能否实现可持续的稳步发展而不重蹈覆辙,则取决于能否对迄今核电发展战略进行深刻反思并实施真正转型。包括:能否使加强能源安全的主观愿望与地震多发的客观国土条件相适应;能否从过分注重经济效益转向重视政府和企业应有的对社会、环境和国际社会的责任;能否从既发展“锅炉”又积蓄开发“炸弹”潜力的“双重目的驱动”转向彻底的和平利用;能否在面对今后30年发生八级以上大地震的概率高达87%的预测时摒弃那种“或许可能躲过一劫”的侥幸心理,加快发展“固有安全”的核能技术来推动核电技术的升级换代;能否彻底改革官商勾结、利益集团左右核电决策的管理体制,确立名副其实的科学决策和管理体制;能否从过度依赖美国的“同盟路线”转向在“国际核能合作框架”之下加强国际合作的开放路线,等等。

     (中国社会科学院日本研究所《日本学刊》供新华网日本频道特稿,仅代表作者个人观点。如需转载,请注明作者姓名及出处为“新华网日本频道”。)

中国社会科学网
UNCTAD
国际货币基金组织
世界银行
Country Report
Trading Economics
中华人民共和国国家统计局
全球政府债务钟
My Procurement
阿里巴巴
Alibaba