2013年11月22日16:50
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核能船“陸奧”號（MUTSU）
日本核能委員會在1961年公布的“核能長期使用計劃”中指出：鑒於美國和蘇聯的核能船已經建成，日本要到1970年左右建成第一艘核能船，用來確立核能船建造技術和培訓船員＊9。
＊9 當時，美國建成了“薩瓦納號”（Savannah），蘇聯建成了“列寧號”。另外，西德也有建造核能船的計劃。
據參考文獻介紹，日本核能委員會於1963年7月確定了“首艘核能船開發基本計劃”，並於1963年8月17日成立了原日本核能船開發事業團＊10。原日本核能船開發事業團於1976年4月提交了“反應堆建設許可申請書”。1976年11月獲批，從1976年年底開始建設，1971年日本第一艘核能船建成＊11。由於以青森縣的陸奧灣作為系泊港，因此該船被命名為“陸奧”號。
＊10 首艘核能船開發基本計劃中寫明了採用輕水冷卻型反應堆以及使用目的（海洋觀測和培訓船員）。后來，使用目的改成了特殊貨船。
＊11 船體由石川島播磨重工業公司（現IHI）制造，反應堆由三菱核能工業公司建造。長130米×寬19米×深13.2米，總噸位8241.72噸，航速為16.5海裡（30.6km/h）。配備了一個壓水反應堆（反應堆熱功率為36MW）和兩個櫃式蒸氣發生器。反應堆安全殼的設計壓力為12kg/cm2G。
由於當地漁民的反對，陸奧號未能在系泊港內進行提高功率的試驗，而是在太平洋上進行的＊12。1974年9月1日，達到額定熱功率的1.4％時，發生了意外的核泄漏。
＊12 提高功率的試驗是在太平洋上尻屋崎以東約800公裡的海上進行的。
后來調查發現，核泄漏發生在反應堆安全殼外上部的屏蔽體部位。原因是放射線一邊散射一邊透過屏蔽體狹小空間的streaming現象。1978年7月，陸奧號的新系泊港確定在長崎縣佐世保市的佐世保港，並在這個海港實施了屏蔽體修復工程和安全總檢查等（1982年6月完工）。修復后的1985年3月31日，原日本核能船開發事業團並入了日本核能研究所，后來在太平洋上提高功率的試驗及性能試驗都是由日本核能研究所實施的。
日本核能研究所的資料中記載，雖然陸奧號配備了具有潛在核輻射危險的反應堆，但其船體採用了跟普通客船、貨船及油輪一樣的船底結構。可能是參考了美國和蘇聯的先例，未採用防止觸礁和撞船的雙重構造，構造存在缺陷。另外，為了方便從反應堆安全殼外的上部更換燃料時拿開屏蔽體、揭開反應堆安全殼蓋及揭開反應堆壓力容器蓋等，對遮蔽體的構造下了一番工夫。
估計設計者優先考慮了設置場所和目的做了最佳設計，但由於當時屏蔽實驗和計算存在不確實性，反而事與願違，導致了屏蔽缺陷。修復后，根據基於放射線傳輸計算代碼的結果，增加了特別重的混凝土屏蔽體＊13。
＊13 計算代碼採用了一維的“ANISN”、二維的“DOT-3.5”以及一維和二維的“PALLAS”等。
其實，原日本核能船開發事業團曾委托西屋公司對陸奧號的反應堆做過技術評估。西屋指出反應堆安全殼外上部的屏蔽做得不夠，但原日本核能船開發事業團未作任何改進。
陸奧號的反應堆是採用1960年代中后期的技術設計的。雖然日本核能研究所用來做屏蔽研究等的JRR-4在1965年7月19日達到了額定熱功率，但其研究成果並未充分反映到陸奧號的屏蔽設計中。日本當時剛開始著手屏蔽研究，研究人員的經驗、技術及數據蓄積還有待提高。如果陸奧號的反應堆是在1970年代中期設計的，由於基於JRR-4的屏蔽研究已有進展，估計不會出現失誤。
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| 圖1：“文殊”號的系統構成 |
陸奧號核泄漏的原因不是反應堆的構造缺陷，而是由於周邊技術——反應堆安全殼外上部屏蔽體的缺陷。原日本核能船開發事業團在成立大約3年后才著手設計工作，因此內部的經驗和人才缺乏，隻能依賴於原日本科學技術廳（現在的文部科學省）下屬的研究機構和民營企業派遣者的知識和經驗。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，阻礙事業的發展，很難進行管理和業務執行。核泄漏很可能不單純是由技術缺陷造成的，還跟開發體制的缺陷有關。實際上，陸奧號的項目管理不當，開發費用花了最初預算的10倍，開發時間用了最初預算的幾倍。
快速中子增殖反應堆原型堆“文殊”號
隨著1967年10月2日原日本動力反應堆及核燃料開發事業團（PNC）成立，日本核能研究所繪制的快速中子增殖反應堆（FBR）實驗堆“常陽”和新型轉換堆（ATR）原型爐“普賢”號的概念圖轉給了PNC。PNC在反應堆廠商的協助下，進行詳細設計，最終將這些反應堆建成並投入運行。
而快速中子增殖反應堆原型堆“文殊”號是以技術開發為目的，由PNC在反應堆廠商的協助下獨立進行概念設計乃至詳細設計，從而建成並投入運行的反應堆。圖1是“文殊”號的系統圖，圖2是溫度計的截面圖。
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圖2：溫度計的截面圖 未在溫度計管粗度突變的部分設置R，因此在液體鈉的流力振動所引起的覆變應力下破損，鈉通過溫度計內部從接頭上部流出。 |
從時間順序可以看出，“文殊”號的設計沒有充分反映常陽的運行業績。溫度計是由石川島播磨重工（現IHI）設計、由東京都大田區的街道工廠制造的。為避免應力集中而在段差位置設置R是行業常識，但該溫度計卻直接採用了跟管內鑽頭頂端角度平行的段差形狀。沒有發現這種低級設計失誤証明街道工廠的熟練工人越來越少。而IHI的設計人員也沒做實驗。液體鈉（Na）和水的流力特性非常相似，可以用水中實驗來代替。但“文殊”號跟陸奧號一樣，不是因反應堆本身的缺陷也是因周邊技術的缺陷而失敗的＊14。
＊14 “文殊”號是使用鈾鈽混合氧化物（MOX）燃料、用液體鈉冷卻的發電功率為28萬千瓦的快中子增殖反應堆原型堆。詳細設計和建設有東芝、日立、富士及三菱重工參與。“文殊”號於1984年下單，1985年10月開工建設，1984年4月5日達到臨界。但是，在提高功率的試驗過程中，1995年12月8日，由於安裝在二次液體鈉管道上的溫度計的小小設計缺陷而折損，液體鈉通過溫度計的管子泄漏到系統外，引發了火災。加上PNC的不作為，事故后不得不停運了10多年。
反應堆冷卻系管道不管是一次系統還是二次系統都要具有很高的可靠性。從系統安全的角度來看，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，雖然管道的材質和結構在安全審查范圍內，但傳感器隻在施工申請書中有提到，基本不經過審查。也就是說，“文殊”號的鈉泄漏事故不僅是因為設計者的低級設計失誤，還源於安全審查和施工申請書等制度缺陷。安全審查及申請書等的可靠性不是通過審查方的注意力來保証的，而是通過申請方的注意力和相互的信任關系來維持的。從安全角度來講，這是極其脆弱的。
“文殊”號停運14年是PNC在發生事故時應對不力造成社會信用喪失的結果，也說明了日本科學技術廳項目管理不嚴。1990年代后半期，日本國內的技術開發項目有幾項取得了成功，積累了經驗和技術。盡管如此，拿不出重啟的具體方案而浪費掉大量時間的責任是重大的。
PNC承擔的日本國家項目
最后，再分析一下PNC這一組織存在的問題。PNC由於組織不穩固，成立30年就不得不解散了。PNC及其后來改組而成的核燃料循環開發機構（JNC）的口碑比日本核能研究所還差。但是，如果當初PNC沒有成立，日本核能研究所很有可能變得跟PNC一樣。
筆者認為PNC口碑差及項目失敗的根本原因在於“參謀本部方式”這一體制，“動力堆開發懇談會”於1966年5月尊重以電力公司為中心的產業界的意見，決定採用重視業務委托的“參謀本部方式”。這種參謀本部方式的確定過程如下。
“圍繞新事業團的作用和性質也從很多角度，進行了充分認真地討論，有時還舉行非公開會議。即使日本核能研究所反對也要舉國推進的該動力堆開發項目的核心——新法人應該定性為開發參謀本部？還是開發公社？還是包括設施和人員在內的機構？大家有很大的分歧。按照日本的慣例，一個新組織需要幾年才能有效運轉起來，而急於追趕發達國家的該項目以開發公社方案不合適為由排除了該方案，而確定了重視業務委托的參謀本部方式，不是將人才引進事業團而是要充分發揮各組織機構的實力。並且，為了按計劃推進業務，PNC決定利用OR方法及RERT等科學管理方法靈活運營項目，還設立了項目管理部。”
但實際上，日本國家項目的預算通過PNC這一機構流到了核能產業界。這裡的工作人員既是PNC的員工，又是反應堆廠家等民營企業派遣來的工程師，他們寫完技術參數書之后，就委托原單位進行技術開發和產品制造。導致PNC的國產動力堆開發不能按計劃進行，未能取得很大的成功。筆者認為失敗的根本原因是採用重視業務委托的參謀本部方式，造成員工責任感稀薄。
ATR“普賢”號於PNC成立后的1967年底訂貨，於3年后的1970年12月開工建設，1978年3月20日達到了臨界。后來也沒有發生嚴重的事故和故障，一直順利運行。因此，日本電源開發公司准備在青森縣大間町建設新型轉換堆實証堆，但日本電氣事業聯合會（電事聯）以新型轉換堆的經濟效益為由決定取消項目。實証堆項目於1995年被取消。PNC接到日本科學技術廳的行政命令，在“普賢”號的設計壽命——30年內停止了運行。
一般，反應堆是按照實驗堆、原型堆、實証堆、商業堆的順序來開發＊15。但是，隻有“普賢”號是從原型堆開始開發的。因為像“普賢”號這樣的壓力管式重水減速型沸騰輕水冷卻堆在英國已有SGHWR這個先例＊16。實際上，日本核能研究所在概念設計的最后階段曾請做過SGHWR詳細設計的企業做技術指導。
＊15 實驗堆的目的是驗証技術的可行性和安全，原型堆的目的是驗証大型技術系統的可行性和安全，實証堆的目的是驗証商業規模下的安全性和經濟效益。
＊16 SGHWR的發電功率為10.2千瓦，1963年訂貨時尚在建設中。
“普賢”號能夠使用天然鈾、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辟了道路，還適合推進核不擴散政策。因此，從反應堆系統的構成和安全性來看，也是世界上比較出色的技術。但是，其被輕水反應堆的安全性和經濟效益逐漸被世人所了解的時代背景所捉弄，被日本電事連以經濟效益為由而放棄。這是日本沒有長期培育國產動力堆的開發姿勢的一種表現。
另一方面，“文殊”號因前面提到的液體鈉泄漏和火災事故以及后來的應對不力，未能運行到2009年春季。后來還發現了很多故障，至今也沒有實現額定功率運行。事故過去大約17年后仍不能實現額定功率運行的核能行政和開發體制需要進行根本性改革。
FBR的開發因日本沒有技術和經驗，是從實驗堆常陽開始的。1970年12月開工建設，1977年6月達到臨界。常陽的概念設計是由日本核能研究所做的，在PNC成立后將項目轉給了PNC。世界上的FBR實驗堆和原型堆發生了很多事故和故障，但常陽一直沒有發生嚴重的問題和事故或故障。估計是因為日本核能研究所的概念設計做得好。
PNC從概念設計開始就獨立運作的“文殊”號是在常陽達到臨界之后大約7年后才訂貨的。但是常陽的技術積累並未充分運用在“普賢”號的設計和品質管理上。發生重大事故及后來停運17年不過是PNC體制問題的表現。明顯暴露出了參謀本部方式的缺點。（作者：櫻井淳，日經能源環境網 供稿）
