不像三里岛1979年的事故切尔诺贝利核事故1986年，一系列的故障导致了福岛核电站的灾难，这是由一个极端事件引起的。这正是核电站设计师在他们的蓝图和应急官员在他们的计划中努力预料到的那种情况。以非凡的英雄主义、即兴创作的天才和令人心碎的失败为特征的控制受损核电站的斗争，将使专家们在未来几年里忙个不停。最终，这场灾难无疑会改善核电站的设计。
诚然，反核力量会从福岛事件中找到很多证据来支持他们的观点。连环连环的事故似乎是教科书上对“正常的事故假设是由查尔斯Perrow在三里岛之后。耶鲁大学社会学家佩罗认为，核电站是典型的紧密耦合系统，偶尔发生灾难性故障是不可避免的。
另一方面，仔细研究灾难发生的头24小时，在一连串的故障将1号反应堆带向拯救无望之前，可以发现明显的拐点，在那里，细微的差异就可以防止事态失控。其中一些措施简单得惊人:例如，如果应急发电机安装在高层而不是地下室，灾难就会在开始前停止。如果工作人员能够更早地排出1号反应堆的气体，核电站其余部分的破坏很可能就可以避免。
世界上三大核事故的原因各不相同，但它们有一个重要的共同点:在每一起事故中，负责的公司或政府机构都对公众隐瞒了关键信息。在缺乏信息的情况下，恐慌的公众开始将所有核能与恐怖和辐射噩梦联系在一起。福岛核电站的所有者东京电力公司(东京电力公司)只会让情况变得更糟，因为它向日本和全球公众提供了混淆的信息，而不是清晰的账目。
东京电力公司以政府调查为由，坚决拒绝让工作人员接受采访，也几乎不回答有关事故的问题。通过尽可能地拼凑最初24小时内发生的事情，当1号反应堆逐渐走向灾难的时候，我们希望能促进从灾难中学习的过程。
9级地震发生时3月11日下午2点46分，福岛第一核电站在日本东海岸发生地震，地面震动，警报响起。在颤抖的控制室里，天花板打开，灰尘像雪一样飘到仪表板上。在5秒内，控制棒向上插入三个正在运行的反应堆，停止了裂变反应。这是一个完美的自动关闭但反应堆燃料棒中的放射性副产品继续产生大量热量。
如果没有足够的冷却，这些金属棒就会变得足够热，熔化钢铁压力容器，然后穿过钢质安全壳。这将导致可怕的堆芯熔毁的场景，这可能导致放射性云的释放，这些放射性云将被风携带，导致大量的人生病或死亡。
但是，只要福岛第一核电站有电力运行水泵，通过热量排出系统将反应堆堆芯的水循环起来，热量就不是问题。强烈的地震掀翻了输电塔，打乱了附近变电站的设备，但核电站的电力中断几乎可以忽略不计:不到10秒，核电站的应急电力系统就启动了。12台柴油发电机，大部分安装在涡轮机下面的地下室，现在负责核电站反应堆的完整性和工人的健康。
地震发生时，福岛第一核电站的六个反应堆中有三个正在运行;另外三架飞机正在进行定期维护。在控制活跃反应堆(1号、2号和3号机组)的控制室里，工作人员检查了冷却系统，该系统通过循环水通过充满海水的热交换器来去除反应堆堆芯的余热。一切似乎都在掌控之中。水也充满了乏燃料池在所有六座反应堆建筑的顶层，以防止池过热。
下午2点52分，负责监督核电站最老的反应堆、有40年历史的1号机组的当班主管证实，一个名为隔离冷凝器(IC)的备用冷却系统已经自动启动。这个系统不需要电力来循环蒸汽通过较高楼层的冷水箱，也不需要让产生的水回落到压力容器中。但操作人员很快注意到，IC冷却堆芯的速度过快，这可能会对压力容器的钢壁造成压力。所以他们关闭了系统。这是一个照章办事的决定，但这本书并不是为3月11日的非凡事件而写的。
海啸警报电视屏幕上出现了一则预测福岛县将发生3米高海啸的预报。尽管位于沿海的福岛第一核电站海拔仅10米，但非必要人员仍按照程序开始撤离现场。
下午3点27分，第一波海啸涌入保护福岛第一核电站的人造港口，冲过测潮仪，测得的水位比正常水位高出4米。3点35分，另一波高得多的海浪滚滚而来，把仪表淹没了。海水冲过防波堤，冲向核电站。它撞向了用于热排出系统的海水泵，然后撞开了涡轮机建筑上的大门，淹没了控制泵、阀门和其他设备运行的动力板。几周后，东京电力公司的员工测量了建筑物上的水渍，估计巨大的海啸高度为14米。
在涡轮机和反应堆建筑的地下室里，12台柴油发电机中的6台在洪水淹没时颤抖着停止了运转。另外五台发电机的配电板被水浸湿后，也被切断了电源。只有6号机组附近一栋大楼的一楼的一台发电机还在运转;不像其他的，它所有的设备都在水线以上。6号反应堆和它的姊妹机组5号反应堆经受住了危机，没有造成严重损坏，这在一定程度上要归功于那台发电机。
福岛第一核电站的其余部分现在面临着核电站运营商长期以来一直担心但从未经历过的灾难性局面:全站停电。
在控制室在操作人员管理1号反应堆的地方，警报消失了。头顶上的灯一闪一闪地熄灭了，仪表板上的指示灯也消失了。洪水甚至冲毁了控制室的电池，这是最后的电力来源。操作人员将不得不在没有工作仪器的情况下对紧急情况作出反应。
断电后，水泵不再将1号机组压力容器中的水输送到冷却系统的热交换器中，而灼热的燃料棒将水沸腾成蒸汽。堆芯的水位正在下降，但由于仪器缺乏电力，电站操作人员只能猜测水沸腾的速度有多快。
隔离冷凝器依靠对流和重力来实现冷却功能，它本应在危机期间帮助1号机组核心保持较高的水位。但在海啸发生前，操作人员关闭了该系统的阀门，而且没有电力重新打开阀门，让蒸汽和水流动。工人们努力手动打开IC系统上的阀门，但专家们认为，海啸袭击后，IC没有提供任何帮助。
第一课
应急发电机应安装在高海拔或水密室。
当操作人员调查损坏情况时，他们很快意识到柴油发电机无法抢救，外部电源也无法在短时间内恢复。在工厂的停车场里，工人们打开汽车引擎盖，抓起电池，拖回控制室。他们在储藏室里找到电缆，研究图表。如果他们能将电池连接到仪表板上，他们至少可以确定压力容器中的水位。
东京电力公司确实有应急发电机的备用设备:配备高压发电机的供电卡车。当天下午，东京电力公司总部的应急管理人员派了11辆供电卡车赶往250公里外的福岛第一核电站。他们很快就被堵在路上了。没有被地震或海啸破坏的道路上挤满了逃离灾区的居民。
教训2
如果冷却系统打算在没有电源的情况下运行，请确保其所有部件都可以在没有电源的情况下操作。
下午4点36分，东京电力公司正式向日本政府通报了一号反应堆日益严峻的情况。该公司宣称，它“无法证实”有任何水被注入反应堆堆芯。略显现代化的2号和3号反应堆的情况要好一些，那里的紧急冷却系统正在运行，由反应堆本身的蒸汽驱动。闲置的4号、5号和6号反应堆并没有造成直接威胁。
5点41分，太阳在海水池和散落在电站周围的瓦砾堆上落山。工作人员用手电筒在黑暗中寻找出路。
晚上9点左右，操作人员终于将收集到的汽车电池插入仪表板，得到了一条重要信息——1号反应堆的水位。这个消息似乎让人放心。仪表显示的水位比燃料组件顶部高出550毫米，虽然远低于正常的安全标准，但足以让操作人员确信还没有燃料融化。
但东京电力公司后来的分析发现，仪表是错误的。几个月后，计算结果显示，在操作人员检查压力表前不久，1号反应堆压力容器内过热的水已经一直降至铀燃料棒底部以下，反应堆堆芯完全暴露在外。热量从裸露的金属棒中散发出来。当温度超过1300°C时，燃料棒的保护锆包层开始与容器内的蒸汽发生反应，产生高度挥发性氢气．燃料棒内的铀开始熔化、塌陷和凹陷。
整个夜晚3月11日，核电站周围的辐射水平上升。晚上9点51分，管理人员禁止进入1号反应堆建筑。
这是一个明智的决定，因为在反应堆的内部，熔毁已经开始了。在福岛核电站使用的反应堆中，控制棒从下方向上插入压力容器，每个控制棒入口点周围的外壳基本上都是弱点。当熔化的燃料开始在压力容器底部堆积时，它很可能熔化了那些脆弱的接缝。东京电力公司后来的分析发现，压力容器在晚上11点之前损坏，导致高放射性水和气体泄漏到主安全壳内。
第三课
将动力卡车停在或非常靠近发电厂的地方。
围绕着压力容器的安全壳是一道至关重要的防线:它是一层厚厚的钢壳，旨在防止任何从内部容器泄漏出来的污染物质。晚上11点50分，控制室的操作人员终于将汽车电池连接到主安全壳的压力表上。但压力表显示，安全壳已经超过了最大工作压力，增加了泄漏、破裂甚至爆炸的可能性。
3月11日到3月12日，东京电力公司总部告诉失眠的操作人员，他们必须通过释放安全壳来降低压力。排气操作将会把船上的放射性气体喷射到空气中;福岛第一核电站的噩梦很快蔓延到整个乡村。
当晚，为控制1号反应堆危险而进行的绝望斗争分为三种应对措施。除了准备释放安全壳外，还有一个小组准备接收仍在前往核电站的供电卡车。到达后，他们将提供电力重新启动水泵，并通过压力容器重新建立稳定的水循环。第三个小组关注的是另一个冷却堆芯的短期计划:消防车，可以从应急水箱向反应堆的一个冷却系统注水。
午夜过后，第一批供电卡车开始抵达现场，沿着开裂的道路缓慢行驶。卡车停在2号机组的涡轮大楼外，毗邻出事的1号机组，工人们在那里发现了一块未损坏的电力控制面板。在黑暗中，他们开始将一根200米长的电缆蜿蜒穿过泥泞的建筑物，以便将其连接到电源控制面板上。通常用卡车来铺设这种重达一吨多的电缆，但那天晚上有40名工人手工完成了这项工作。他们花了5个小时。
整个上午一直到3月12日下午，电力控制面板的工作仍在继续。终于，在下午3点半，一切都准备好了。电流从一辆供电车通过电缆流到面板上，面板准备打开1号反应堆建筑内备用冷却系统的泵。工人们准备开始向压力容器注入淡水，他们知道他们即将迈出稳定核电站的关键一步。
与此同时，消防车在整个凌晨都在努力解决后勤问题。在现场的三辆消防车中，有一辆被海啸毁了;另一个被困在5号和6号反应堆附近，被损坏的道路困住。剩下一辆消防车来冷却过热的反应堆。这辆卡车是将水迅速注入压力容器的最大希望，但它花了几个小时才通过核电站的残骸。最后，工人们砸碎了电子门上的锁，把消防车开了进去。
4课
安装独立和安全的电池系统，在紧急情况下为重要仪器供电。
在最初的临时应对措施中，消防队员将水泵入卡车的储水罐，然后将车开到反应堆建筑的一侧，将水注入消防系统的进水管中。3月12日凌晨5点46分，第一滴水洒在熔化的燃料上。然后工人们开车回到水箱旁，重新开始缓慢而艰巨的作业。最终，工人们设法用消防车的软管将水箱直接连接到进水管上，并建立了稳定的水流。到下午三点左右，他们已经用这个临时系统向压力容器中注入了8万升水。但这太少，也太迟了。
下午2点54分，由于淡水供应不足，东京电力公司总部命令消防车人员通过消防管线向压力容器注入海水。在正常情况下，反应堆压力容器不允许有盐水，因为盐水会腐蚀容器的保护钢壁，并在燃料棒上留下矿物质残留物。这一决定是承认，挽救反应堆已不再是一种选择，运营商只能寄希望于防止大规模灾难的发生。福岛第一核电站现在已经无法挽回了。
工作人员从一个被海啸填满海水的海边坑里伸出长长的消防水管;三辆新到的消防车排着队把水抽出来。他们将软管连接到消防系统的进水管上，3月12日3时30分左右，他们准备用海水炸反应堆。
海啸咆哮着冲进港口已经24小时了，电力机组和消防车机组的不顾一切的努力即将得到回报。他们的疲惫和恐惧似乎快要结束了。
发泄的顺序安全壳是半夜来的。但如果没有电力远程操作排气系统的阀门，这将不是一项简单的任务。
不管工人们是否知道，时间是至关重要的。3月12日凌晨，当排气小组为行动做准备时，气体正在主安全壳内积聚，并推动其最薄弱的地方，即垫圈和密封件，它们开始松动。氢气嘶嘶作响地穿过裂缝，飘到了建筑物的顶部。一小时又一小时，气体聚集在那里，直到形成一层纯粹的可燃威胁。
5课
确保催化氢重组器(将危险的氢气重新转化为蒸汽的无动力装置)位于反应堆建筑的顶部，那里最有可能聚集气体。
负责排气操作的工人们碘片．这是抵御他们即将遭遇的辐射的微弱尝试，但总比没有强。他们收集了从头到脚的防护服和连接到气罐的口罩。凌晨3点45分，通风口工作人员试图测量反应堆建筑内的辐射剂量，该建筑已经禁止进入6个小时。他们手持剂量计，打开气闸，却发现一团恶意的白色“气体物质”向他们滚滚而来。由于害怕受到辐射，他们砰的一声关上了门。他们没有得到读数，但他们有一个很好的迹象，表明反应堆内部已经出现了严重的问题。
如果他们能在3月12日早上6点半左右看到反应堆压力容器内部，他们会看到一个核芯变成了熔化的污泥。熔化的铀、锆和其他金属的混合物已经渗透到反应堆压力容器的底部，逐渐侵蚀着钢地板。
但随着时间的流逝，通风口的工作人员被迫坐着等待;他们在等待居民已被疏散的消息，向空气中释放放射性气体是安全的。政府在前一天晚上发布了3公里范围内居民的疏散命令;在凌晨，官员们宣布，核电站周围10公里范围内的所有人都应该收拾行李离开。一直生活在福岛第一核电站阴影下的居民登上了公共汽车，本以为最多只能离开几天。
上午9点03分传来消息:最后一班公共汽车已经开走了。9点04分，工人们出发前往反应堆大楼，打开阀门，让气体从主安全壳流出。他们进入反应堆建筑，开始了在主安全壳外围的漫长、黑暗的跋涉，仅靠手电筒的光束指引。他们走着走着，手持剂量计上闪烁着令人不安的数字。在正常情况下，核电站员工的辐射极限是50毫西弗每年;在紧急情况下是100毫西弗。工作人员已经走了大约一半的距离到阀门时，他们意识到他们必须返回-如果他们继续，他们将超过100毫西弗的剂量。9点半他们回到控制室。他们失败了。
在接下来的几个小时里，操作员们忙着寻找另一种打开阀门的方法;最后他们决定用空气把阀门炸开。他们用一辆吊车将一台便携式空气压缩机拖到关键阀门的位置，这种压缩机通常用于建筑工地。下午2点，排气机组人员打开压缩机，控制室的工人紧张地看着压力表。
到3月12日下午3点30分，似乎发泄已经奏效，最糟糕的时刻已经过去。1号机组主安全壳的压力大幅下降，这表明阀门已经打开，气体通过管道冲向了反应堆建筑附近的通风烟囱。工人们一定感到危险正在消退。他们根本不知道，从排气管泄漏出来的气体，已经把更多的氢气添加到1号机组外层建筑天花板下收集的气体中——现在它已经准备好爆炸了。
下午3点36分，火花在反应堆建筑的黑暗中闪烁，氢气点燃了。随着一声巨响，反应堆建筑的顶部爆炸了。
屋顶破碎，墙壁碎裂;大楼的碎片在空中飞舞。大块的碎石切断了电力卡车上的电缆，电流停止了流动;现在，水泵无法启动，淡水无法源源不断地流入堆芯。其他碎片划破了从海水坑引出的消防车水管。浓烟滚滚，辐射水平飙升，工人们逃离了福岛第一个放射性废墟。这不会是最后一次:在最初24小时内控制灾难的战斗失败了，爆炸还会继续发生。
第六课
在通风管道上安装无电源过滤器，以去除放射性物质，并允许排放不会伤害附近居民的气体。
一号反应堆的故障使得稳定其他反应堆的努力成倍增加:现在工作人员将在一个散落着碎片的放射性热区工作。此外，当工作人员在爆炸发生后返回电力卡车时，他们无法让电力流通。灾难继续着。在2号和3号反应堆，紧急冷却系统运转了好几天。3月13日，当3号反应堆超负荷运转的系统失灵时，工作人员努力连接备用供水系统，并为主安全壳排气。但工作进展缓慢，很快3号反应堆就效仿了1号反应堆。泄漏的气体聚集在楼顶，而且3月14日上午爆炸．
那次爆炸进一步阻碍了2号反应堆的恢复工作，3月15日上午，一些人仍然模糊的爆炸噪声在2号反应堆建筑内产生共鸣。就在同一天，4号反应堆的屋顶发生爆炸，内部发生火灾。东京电力公司报告称，4号反应堆的问题可能是由于3号反应堆泄漏的氢气造成的;尽管早期的报道与此相反，在事故发生期间，存放在4号、5号和6号反应堆池中的乏燃料棒一直被水覆盖，从未构成威胁。
每一次爆炸都使稳定核电站的努力更加无望。很明显，如果工作人员能够控制1号反应堆，整个可怕的事件顺序将会有所不同。但是，工作人员是否可以采取一些不同的措施来加快反应速度呢?这场大灾难是否可以避免?到目前为止，东京电力公司管理层还没有回答这些问题。
在过去的七个月里，我们对福岛核事故了解了很多。但核工业不断试错的学习过程是一件可怕的事情:罕见的灾难推动了核能科学的发展，但也摧毁了生命，使整个城镇无法居住。三里岛事件让公众对核能感到恐惧;切尔诺贝利的放射性沉降物散布在东欧的大片地区，据估计已造成数千人因癌症死亡。到目前为止，福岛的代价是围绕受损核电站的12个死亡城镇，8万多名难民，以及一个满目疮痍的日本。随着东京电力公司公布更多有关事故最初几天出现问题的细节，我们将了解到更多信息。但在我们前进的过程中，我们也会认识到，未来的一些灾难会给我们更多的教训。
安德烈·泰勒纽约大学坦顿工程学院
尤里·Dvorkin纽约大学坦顿工程学院
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