三哩島核事故：複雜系統的正常事故
一、三哩島核事故簡介
三哩島核事故又稱三哩島核泄漏事故，簡稱TMI-2事故，是1979年3月28日發生在美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三哩島核電站（TMI）的一次部分堆芯熔毀事故。這是美國核電歷史上最嚴重的一次事故，被國際核事件分級表列為五級核能事故。事故發生後，全美震驚，核電站附近的居民驚恐不安，約20萬人撤出這一地區。之後30餘年，美國都沒建起新的核電站。
TMI-2反應堆事故的原因由設備故障、電站維修人員的失誤和操作人員的判斷錯誤綜合造成的。事故的最初是由於二迴路的給水泵出現故障，備用泵按照預設的程序啟動，但兩天前維修輔助給水系統時忘記打開隔離閥，導致輔助給水系統沒有投入運行。繼而二次側蒸汽發生器水位逐漸乾涸，堆芯產生的熱量無法及時排出，而在反應堆中心聚集，堆芯壓力上升，導致穩壓器超過設定壓力，卸壓閥開啟，放出堆芯內部分汽水混合物。
但是當反應堆自動停堆後，壓力下降至正常值，卸壓閥由於故障未能自動回座，使堆芯冷卻劑繼續外流，壓力降至正常值以下，高壓安注系統自動啟動，向堆芯注入冷卻水。但反應堆操作人員未判明卸壓閥沒有回座，由於穩壓器滿水位而誤判為水位過高，錯誤地關閉應急堆芯冷卻系統，停止向堆芯內注水。
一系列失誤操作的結果使反應堆堆芯冷卻水逐漸喪失，部分燃料棒鋯包殼和鈾燃料熔化，大量放射性物質，特別是氙、氪之類的氣體與碘一起從反應堆釋放出來，並有少量放射性物質隨部分冷卻水的泄露而釋放。
大約在主泵關停後10 min，反應堆冷卻劑出口溫度迅速上升，超過了儀錶量程區域。在事故後大約2.5h，反應堆堆芯相當大部分已裸露，並經受了持續的高溫。這種工況導致了燃料損壞，堆芯裂變產物大量釋放以及氫氣的生成，堆芯已嚴重損壞。直到事故後15時50分，成功地實現了強迫循環。一迴路系統壓力穩定在6.89~7.58 MPa（表壓）。表明了事故序列的結束。
二、核電站的安全系統
核電站的目標很簡單：將水煮沸，產生蒸汽。然後，用蒸汽轉動渦輪，這種工序起源於至少兩千年前的亞歷山大的希羅。核能的複雜性在於水被煮沸的方式。核反應堆包括幾千個濃縮鈾小球，它們被維持在些微超臨界的狀態下。鈾原子裂變後將產生自由中子，一般一個以上的自由中子最終撞擊另一個鈾原子，接下去這再產生一個中子。每次反應都會產生熱量。每次反應產生的熱量不是很多，但因為存在許許多多的原子和許許多多的反應次數，所以，一個棒球那麼大小的一鎊重的鈾能夠產生的能量，與一百萬加侖汽油的能量相當。
鈾原子堆「些微」超臨界，意思是指，核反應產生的熱量是可控的，並能被引導產生蒸汽。但任其變化，反應會自我維持，熱量也將加速上升到某個點，使所有鈾和與之聯繫的東西都熔化在一起。熔化事件將吸附越來越多的鈾，熔化在一起的鈾越多，將產生的熱量也更多，其副產品放射物也會越多。最終結果是，產生一個白熱化的、放射性的金屬球，它將熔化鋼鐵密閉室和周圍的混凝土密閉建築物。
鈾熔化後從原本密閉的容器泄漏出來的放射物具有極強的輻射性，釋放出有毒氣體，在空氣中散播。三哩島核電站容量很大，其核反應堆中包含的可裂變物質十分龐大，它的核泄漏將造成的放射性微塵是在廣島投下的原子彈根本無可比擬的。
為了防止出現這類災難，煮沸水的簡單過程，採用了人類認知所及的最複雜的配水系統。系統和後備系統把水注入反應堆，吸收熱量，並將熱量迅速帶走。然後，另外一個系統（也有後備系統）提取部分熱量，將水加熱成蒸汽，將所有過多的熱量傳送至冷卻塔。每個系統都帶有一系列的控制閥，在巨穴般的控制中心，大批狀態燈監控著每個控制閥的狀態。其中，某盞狀態燈出現的故障，成了三哩島事故的罪魁禍首。
三、複雜系統的正常事故
三哩島2號反應堆使用的冷卻水，通過一套稱為「過濾器」的設備清除雜質。每個過濾器備有一些樹脂珠，需要每4周更換一次。清洗工作是常規維修程序，甚至不被看作安全體系的一部分，之前，已經出現過周期性的堵漏問題。1979年3月28日凌晨4點左右，泄漏的一部分水進入驅動部分反應堆檢測儀錶的氣動系統，中斷了控制兩個反應堆供水水泵的氣壓，迫使水泵停止運轉。隨著這些水泵停止運作，緊急水泵自動開始通過次級緊急冷卻系統，從儲水池中抽水供應反應堆，使其反應堆芯的溫度保持在控制之中。不幸的是，將水從儲水池中輸送出去的水管處於關閉狀態，有人在幾天前維護其他反應堆時關閉了閥門。
這個問題並沒有立即暴露出來。控制台顯示，這些水泵正在運轉，但沒有顯示水並沒有輸送至發電機。幾分鐘後，操作員們才發現了實情，但為時已晚，已發生了一系列的連鎖故障，最終導致了災難。
人類失誤和機械故障碰巧湊在一起。在主要和備用冷卻系統都損壞的短時間內，反應堆芯的壓力達到了觸發安全閥的程度。安全閥有點像高壓鍋頂部的重力閥。如果壓力過高，重力閥將被打開，釋放一些水和蒸汽，然後再關上。然而，在三哩島的例子中，安全閥未能關上。這是預料之中的，因為，在那時，這個安全閥預計有2%的故障率。為此，控制室儀錶板上添加了一盞指示燈，顯示安全閥的開合狀態。難以置信的是，安全閥和指示燈都發生了故障（根據某些說法，指示燈並未發生故障，而是因為附近的一個黃色的維修標籤而變得模糊）。在問題根源被發現之前，已經浪費了32 000加侖的水，相當於核反應堆芯的1/3能量。
如果控制室的工作人員對核反應堆中不斷升高的溫度不知所措，那麼，當他們未能成功發現問題而必須操縱一大堆儀器時，他們很有可能變得更加為難。控制室的各個控制台之間鋪放著將近750盞警示燈，其位置不一定都接近它們監控的設備，有的在控制領域的上方位置，有的在下面或旁邊，有的在房間對面。主要警示燈中散布著一些提示燈，甚至還有監控大樓電梯的燈。和警示燈一起的還有幾百個顯示設備開合狀態的指示燈。大部分僅僅只是利用寫了編碼數字或字母的標籤辨別。有些利用顏色編碼，這種系統最初看上去合乎情理，只是有點容易令人混淆：紅色代表設備正在運行，閥門打開，電路關閉；綠色代表設備停止運作，閥門關閉，電路開通。除了保持所有顏色編碼正確排放外，在正常操作中，有些閥門應該打開，有些需要關閉，因此，若不經過深刻研究，真的出問題時，就不可能瞥一眼警示燈就知道哪裡可能出問題了。
初始事故發生後幾分鐘，反應堆冷卻泵開始劇烈搖動。更多的燈開始閃爍。三個不同的警報鳴響，使狀態更為混亂。雖然警報令人分心，但操作員們都不敢將它們關閉，因為這樣會同時關閉某些警示燈。操作員要對安全閥的指示燈和其他許多控制裝置檢查好幾遍。如果指示燈一直在運作，工作人員能夠立即啟動隔斷閥切斷水流，從而避免災難。如果指示燈配有證實它在運作的測試開關，他們至少能夠警覺警示燈不在運作這個工作的事實，並使用另外一個替代方法檢查這個問題。
操作員們採取高壓注水的方式將冷水注入反應堆芯。這引起了它自身的問題，因為，冷水突然注入超熱的反應堆芯會使其結構爆裂。但是這種操作的結果不可能預先確定；一個刻度盤上顯示容器內的壓力正在下降，而另一個顯示它正上升至危險水平。其中一個刻度盤測量系統內的壓力，另一個測量反應堆內的壓力，它們理應像從前一樣朝相近的方向變化，因為反應堆和系統是相連的。所以其中一個刻度盤可能出錯了，如果是真的，那究竟是哪一個呢？這個混亂源自於問題的初始原因：堵塞的安全閥。當水通過堵塞的閥門流出去後，反應堆芯就外露了，因此壓力上升。
控制室和反應堆內的一整套儀錶都沒有設計緊急操作。事故發生後的幾個小時內，最危急的問題是反應堆內的溫度和反應堆芯內發生的反應路徑。幸運的是，反應堆內有一套熱電偶。它們並不是有意設計的，而是被暫時放在那裡的，是對反應堆芯性能進行試驗分析的一部分。問題是，它們被放在那裡是為了監控處於正常運作狀態的反應堆芯。如果溫度上升至高於700度，或低於正常的600度運轉範圍，或者如果熱電偶並沒有正常運行，那麼它們的讀出器就只顯示一組問號：「？？？」。當操作員努力判斷高壓注水是否已經成功時，賓夕法尼亞州州長正在考慮撤退位於核電站附近的哈里斯堡市的居民。
三哩島事故被正式登記為「難以置信」的事故。但它是一次「正常」事故。一系列原來概率小得足以忽略不計的系統單元故障，通過系統複雜的互相作用關係耦合在一起，會大大增加意外事故的發生機率，並能引發災難性的事故。耶魯大學的組織社會學家查爾斯·佩羅在1984年發表了一本很有影響的專著《高風險技術與「正常事故」》。該書提出：由於高技術系統各個組元之間的互作用極其複雜，而且，設計來保障安全的東西其自身也會出故障，因此，從某種意義上說，高技術複雜系統出事故的概率會比人們原先估計的要高得多，這類事故將是「正常事故」，而不是什麼百年一遇、千年一遇的事故。核電站正是發生此類「正常」事故的原型。
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