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切爾諾貝利核事故1

2019-12-18 23:30-23:59 責(zé)編:曹夢雨

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切爾諾貝利核電站的核子反應(yīng)堆事故被認為是歷史上最嚴重的核電事故,也是首例被國際核事件分級表評為第七級事件的特大事故。國家應(yīng)急廣播—應(yīng)急檔案,本期帶您回顧:切爾諾貝利核事故 。

各位聽眾大家好,歡迎收聽《國家應(yīng)急廣播——應(yīng)急檔案》,我是百寧。今天,我們就關(guān)注 切爾諾貝利核事故。

1986年4月26日凌晨1點23分,切爾諾貝利核電廠的第四號反應(yīng)堆發(fā)生了爆炸。連續(xù)的爆炸引發(fā)了大火并散發(fā)出大量高能輻射物質(zhì)到大氣層中,這些輻射塵涵蓋了大面積區(qū)域。這次災(zāi)難所釋放出的輻射線劑量是二戰(zhàn)時期爆炸于廣島的原子彈的400倍以上。這場災(zāi)難總共損失大概兩千億美元,這是近代歷史中代價最“昂貴”的災(zāi)難事件。

切爾諾貝利核電站第4發(fā)電機組爆炸,核反應(yīng)堆全部炸毀,大量放射性物質(zhì)泄漏,成為核電時代以來最大的事故。輻射危害嚴重,導(dǎo)致事故后3個月內(nèi)有31人死亡,之后15年內(nèi)有6-8萬人死亡,13.4萬人遭受各種程度的輻射疾病折磨,方圓30公里地區(qū)的11.5萬多民眾被迫疏散。為消除輻射危害,保證事故地區(qū)生態(tài)安全,國際社會一直在努力。

1986年4月25日,4號反應(yīng)堆計劃關(guān)閉以作定期的維修和測試,并借此機會來測試反應(yīng)堆的渦輪發(fā)電機能力——檢查在電力損失的情況下是否仍有充足的電力供應(yīng)給反應(yīng)堆的安全系統(tǒng),特別是水泵是否安全。切爾諾貝利的反應(yīng)堆設(shè)計有一對柴油發(fā)電機作為備用電力供應(yīng),但是柴油發(fā)電機無法瞬間啟動,此時反應(yīng)堆將使用轉(zhuǎn)動的渦輪作為能量來源,渦輪會和反應(yīng)堆分離和并在自身的慣性下轉(zhuǎn)動。測試為了確定在柴油發(fā)電機尚未啟動時,渦輪是否能在電力減少階段仍充足地供應(yīng)能量給水泵。該類測試早先在其它單位已執(zhí)行成功,所有安全供應(yīng)都順利起動,但是,結(jié)果不盡人意,渦輪產(chǎn)生的力量不足以在減少階段供給水泵動力。

為了在更安全、更低功率情況下進行測試,操作人員首先斷開了反應(yīng)堆的安全系統(tǒng),以保證安全系統(tǒng)不會因為實驗操作而自動觸發(fā)。此時,切爾諾貝利的4號反應(yīng)堆的能量輸出從正常功率的3.2千兆瓦特減少至700百萬瓦特。但是,由于在實驗開始時,反應(yīng)堆操作人員對能量輸出的降低過快,此時實際功率輸出降至只有3百萬瓦特,生成的裂變產(chǎn)品氙-135增加,該物質(zhì)會吸引中子。功率下降的速度雖然已接近安全章程允許的最大值,但操作人員仍選擇繼續(xù)實驗。實驗決定將功率上升200百萬瓦特。為了克服剩余氙-135對中子的吸收,操作人員從反應(yīng)堆中拔出了安全章程所規(guī)定的控制棒數(shù)。在1986年4月26日凌晨1點05分,渦輪發(fā)電機推動的水泵啟動,水的流量超出了安全規(guī)定量。凌晨1點19分,水流量繼續(xù)增加,由于水也會吸收中子,因此在水流量的進一步增加時,需要手動撤除控制棒以增加中子反應(yīng)速率,成為了一個極其不穩(wěn)定的危險操作。當能量輸出已經(jīng)低于規(guī)定最小值時,工程師們選擇拆除反應(yīng)堆的控制桿,保留211個控制桿中的6個,來加快反應(yīng)堆的運行速率。安全章程要求控制桿的最少數(shù)量為30個,但自認為經(jīng)驗極其豐富的操作人員深信6個控制桿就夠用了。

工程師們認為自己已經(jīng)重新穩(wěn)定了反應(yīng)堆,便在凌晨1點23分04秒開始他們的實際試車實驗。反應(yīng)堆的不穩(wěn)定狀態(tài)沒有在控制板上顯示出來,并且所有工程師們也完全沒有意識到危險正在逼近。

此時,水泵的電力關(guān)閉,水流靠渦輪發(fā)電機的慣性推動,流動速率減低。渦輪從反應(yīng)堆分離,反應(yīng)器核心的蒸汽量增加。由于在切爾諾貝利的石墨緩和反應(yīng)堆特殊設(shè)計有一個高正面空系數(shù),因此在水流減緩時,反應(yīng)堆內(nèi)對中子吸收的作用減弱使反應(yīng)堆的功率迅速增加。凌晨1點23分40秒操作人員按下了命令“緊急停堆”的“迅速緊急防御5”按鈕,也就是把所有控制棒準備重新插入反應(yīng)堆中。

由于控制棒的插入機制和設(shè)計結(jié)構(gòu),控制棒底端設(shè)計有石墨,石墨與水冷卻劑接觸瞬間導(dǎo)致反應(yīng)堆反應(yīng)速率增加,功率的瞬間增大導(dǎo)致管道變形,控制棒在插入管道的三分之一就被卡住了,無法有效地停止反應(yīng)。凌晨1點23分47秒,反應(yīng)堆功率急升至30千兆瓦特,這已經(jīng)達到了十倍的正常功率值。燃料棒開始熔化,蒸汽壓力迅速地增加,導(dǎo)致蒸汽爆炸,反應(yīng)堆頂部移位并被破壞,冷卻劑管道爆裂并將屋頂炸開一個洞。由于當時為了減少建設(shè)費用,反應(yīng)堆以單一保護層的方式修建。于是,放射性污染物在主要壓力容器發(fā)生蒸汽爆炸破裂之后進入了大氣,氧氣流入并與極端高溫的反應(yīng)堆燃料和石墨慢化劑結(jié)合——最終引起了石墨火?;馂?zāi)令放射性物質(zhì)擴散并污染更廣的區(qū)域。

由于目擊者的報告和站內(nèi)記錄不一致,有一些爭論者認為事故發(fā)生在當?shù)貢r間1點22分30秒?;谶@種理論,第一次爆炸發(fā)生在大約1點23分47秒,操作員在七秒以后命令了“緊急停堆”。

事故導(dǎo)致31人當場死亡,上萬人由于放射性物質(zhì)遠期影響而致命或重病,至今仍有被放射線影響而導(dǎo)致畸形胎兒的出生。這是有史以來最嚴重的核事故。

外泄的輻射塵甚至隨著大氣飄散到東歐地區(qū)、北歐的斯堪的納維亞半島。烏克蘭、白俄羅斯、俄羅斯受污染最為嚴重。相關(guān)國家每年仍然投入經(jīng)費與人力致力于災(zāi)難的善后以及居民健康保健。

因為事故而直接或間接死亡的人數(shù)難以估算,且事故后的長期影響到目前為止仍是個未知數(shù)。

意外發(fā)生后,馬上有203人立即被送往醫(yī)院治療,其中31人死亡,當中更有28人死于過量的輻射。死亡的人大部份是消防隊員和救護員,因為他們并不知道野外中含有輻射的危險。為了控制核電輻射塵的擴散,政府立刻派人將135000人撤離家園,其中約有50,000人是居住在切爾諾貝利附近的普里皮亞特鎮(zhèn)居民。衛(wèi)生單位預(yù)測在未來的70年間,受到艾貝克輻射而導(dǎo)致癌癥的人,比例會上升2%。另外,有10人因為此次意外而受到輻射,并死于癌癥。

到2006年,官方的統(tǒng)計結(jié)果是,從事發(fā)到目前共有4000多人死亡。但是綠色和平組織,基于白俄羅斯國家科學(xué)院的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),在過去20年間,切爾諾貝利核事故受害者總計達9萬多人,隨時可能死亡。

因此,綠色和平組織認為,官方統(tǒng)計的結(jié)果比切爾諾貝利核泄漏造成的死亡人數(shù)少了至少9萬人,這個數(shù)字是官方統(tǒng)計數(shù)字的20倍!當然,對于綠色和平組織的“估計”缺乏理論支持。

關(guān)于事故的起因,官方有兩個互相矛盾的解釋。第一個于1986年8月公布,完全把事故的責(zé)任推卸給核電站操縱員。第二個則發(fā)布于1991年,該解釋認為事故是由于壓力管式石墨慢化沸水反應(yīng)堆的設(shè)計缺陷導(dǎo)致,尤其是控制棒的設(shè)計。雙方的調(diào)查團都被多方面游說,包括反應(yīng)堆設(shè)計者、切爾諾貝利核電站職員及政府在內(nèi)。

另一個促成事故發(fā)生的重要因素是職員并沒有收到關(guān)于反應(yīng)堆問題報告。根據(jù)一名職員事后講述,設(shè)計者知道反應(yīng)堆在某些情況下會出現(xiàn)危險,但蓄意將其隱瞞。這種情況是因為廠房主管基本由不具備RBMK資格的員工組成造成的:當時的廠長只具有燃煤發(fā)電廠的訓(xùn)練經(jīng)歷和工作經(jīng)驗,對具體業(yè)務(wù)并不熟悉,事發(fā)半夜演習(xí)時并不在場,但主導(dǎo)演習(xí)的副廠長是核能專業(yè)。他的總工程師也是來自一個常規(guī)能源廠。3號和4號反應(yīng)堆的副總工程師只有“一些小反應(yīng)堆的經(jīng)驗”。

第二個“有缺陷的設(shè)計之解釋”于1991所公布,把事故的原因歸咎于RBMK反應(yīng)堆設(shè)計的缺陷,特別是由于控制棒的缺陷。

反應(yīng)堆有一個危險的空泡系數(shù)??张菹禂?shù)是一種衡量反應(yīng)堆安全程度的數(shù)據(jù),用于測量水冷卻劑中蒸汽氣泡的形成與增加對于反應(yīng)堆的影響。大部分的反應(yīng)堆設(shè)計會在水溫升高時產(chǎn)生較少的能量。這是因為如果冷卻劑含有蒸汽氣泡,則能被減速的中子數(shù)量將會下降。速度快的中子一般不易造成鈾原子的裂變,所以反應(yīng)堆會產(chǎn)生較少的能量。然而,切爾諾貝利的RBMK反應(yīng)堆,使用固體石墨當作中子慢化劑來降低中子的速度,且用吸收中子的輕水來冷卻核心。因此盡管水中有蒸汽氣泡產(chǎn)生,仍有大量中子被慢化。此外,因為蒸汽吸收中子不像水那樣的容易,因而增加RBMK反應(yīng)堆的溫度,就會有更多的中子能夠鈾原子裂變,增加反應(yīng)堆的能量輸出。這種設(shè)計導(dǎo)致RBMK在低功率時非常不穩(wěn)定,在溫度上升時存在輸出能量在短時間內(nèi)達到危險水平的傾向。這對于工作人員而言是難以理解和預(yù)見的。

在這個系統(tǒng)中更重大的缺陷是控制棒的設(shè)計。在控制反應(yīng)堆時,操縱員通過將控制棒插入反應(yīng)堆來降低反應(yīng)速度。在RBMK反應(yīng)堆的設(shè)計中,控制棒的尾端是由石墨組成,延伸部份中空且充滿水;而控制棒的其他部份由碳化硼制成,是真正具有吸收中子能力的部分。因為這種設(shè)計,當控制棒一開始插入反應(yīng)堆的時候,石墨端會取代冷卻劑,反而大大地增加了核分裂的反應(yīng)速度,因為石墨能夠吸收的中子比沸騰的輕水少。因此一開始插入控制棒的前幾秒鐘,反應(yīng)堆的輸出功率反而會增加,而不是預(yù)期的降低功率。反應(yīng)堆操縱員對于這一特點也不知曉,且無法預(yù)見。

水的管道垂直地穿過堆芯,當水溫增加時水位將會上升,在核心之中產(chǎn)生溫度的梯度效應(yīng)。如果在頂端的部份已經(jīng)完全地變?yōu)檎羝瑒t效應(yīng)會更惡化。因為頂端部份此時已無法被足夠冷卻,且反應(yīng)會明顯增強。

因為,反應(yīng)堆有巨大的體積,所以,為了降低成本,建造電廠時反應(yīng)堆周圍并沒有建筑任何作為屏障用的安全殼。這使得蒸汽爆炸造成反應(yīng)堆破損后,放射性污染物得以直接進入環(huán)境之中。

反應(yīng)堆那時已經(jīng)持續(xù)運轉(zhuǎn)超過一年以上,儲存了核裂變的副產(chǎn)物。這些副產(chǎn)物增強了不受控制的反應(yīng),使事故更難以控制。

當反應(yīng)堆溫度過熱,設(shè)計的缺陷使得反應(yīng)堆容器變形、扭曲和破裂,使得插入更多的控制棒變得不可能。

值得注意的一點是操縱員閉鎖了許多反應(yīng)堆的安全保護系統(tǒng),除非安全保護系統(tǒng)發(fā)生故障,否則是技術(shù)規(guī)范所禁止的。

1986年8月出版的政府調(diào)查委員會報告指出,操縱員從反應(yīng)堆堆芯抽出了至少205枝控制棒,而這類型的反應(yīng)堆共需要211枝,操作員僅僅留下了六枝,而技術(shù)規(guī)范是禁止操作時在核心區(qū)域使用少于15枝控制棒的。

凌晨1點25分,切爾諾貝利核電廠第二消防站接到火災(zāi)警報,當班值勤的28名消防隊員立即出動。當時他們沒被告知是反應(yīng)堆爆炸,有的還以為是一場普通火災(zāi)“沒人告訴我們是反應(yīng)堆的事”。

一名救火車駕駛員回憶:

我們在凌晨1:45-1:50時到了那里……看到了散落的石墨屑米沙問:“那是不是石墨?”我踢開了它,一個消防員撿起來看了一下,說“這是熱的”它們有大有小,小的能夠拿在手里……

我們對輻射了解得不多,即使是在那里工作的也是如此??ㄜ嚿蠜]有水,米沙開啟了一個消防栓,然后我們把水對準了房頂。那些上了房頂然后死了的小伙子們……瓦契克、柯利亞和其他人,還有沃洛迪亞-普拉維克……他們爬上了梯子,然后我就再沒看到他們……

另一位消防員則回憶:“我還記得當時向隊友開玩笑:‘如果我們都能活到早晨那是非常幸運了’”

爆炸發(fā)生后,并沒有引起當時官方的重視。核專家和當時領(lǐng)導(dǎo)人得到的信息只是“反應(yīng)堆發(fā)生火災(zāi),但并沒有爆炸”,因此官方反應(yīng)遲緩。在事故后48小時,一些距離核電站很近的村莊才開始疏散,政府也派出軍隊強制人們撤離。當時在現(xiàn)場附近村莊測出了是致命量幾百倍的核輻射,而且輻射值還在不停地升高。但這還是沒有引起重視。專家寧愿相信是測量輻射的機器故障也不相信會有那么高的輻射??墒蔷用癫]有被告知事情的全部真相,這是因為官方擔心會引起恐慌。許多人在撤離前就已經(jīng)吸收了致命量的輻射。

事故后3天,一個調(diào)查小組到達現(xiàn)場,可是他們遲遲無法提交報告,政府還不知道事情真相。終于在事件過了差不多一周后,莫斯科接到從瑞典政府發(fā)來的信息。此時輻射云已經(jīng)飄散到瑞典。政府終于明白事情遠比他們想的嚴重。

之后數(shù)個月,政府派出了無數(shù)人力物力,終于將反應(yīng)堆的大火撲滅,同時也控制住了輻射。但是這些負責(zé)清理的人員也受到嚴重的輻射傷害;原因之一為遙控機器人的技術(shù)限制,加上嚴重輻射線造成遙控機器人電子回路失效,因此許多最高污染場所的清理仍依賴人力?;馂?zāi)撲滅后,接下來擔心的是反應(yīng)堆核心內(nèi)的高溫鈾與水泥融化而成的巖漿熔穿廠房底板進入地下,政府派出大批軍人、工人,給炸毀的四號反應(yīng)堆修建了鋼筋混凝土的石棺,把其徹底封閉起來。

政府把爆炸反應(yīng)堆周圍30公里半徑范圍劃為隔離區(qū),撤走所有居民,用鐵絲網(wǎng)圍了起來,入口設(shè)有檢查站,隔離區(qū)內(nèi)只有定期換班的監(jiān)測人員與切爾諾貝利核電站其它三個還在發(fā)電的核反應(yīng)堆的工作人員。特別是與爆炸的四號反應(yīng)堆在同一主廠房建筑物內(nèi),兩座反應(yīng)堆中間共用排放放射性廢氣高煙囪的三號反應(yīng)堆,又正常工作了19年。

事故二十周年后,四號反應(yīng)堆的石棺外表面的照射度仍有750毫倫琴,遠高于20毫倫琴的安全值,加固石棺的焊接工人工作兩個小時就要輪換。隔離區(qū)內(nèi)的平均照射度仍大于100毫倫琴。

隔離區(qū)以外是較重污染的撤離區(qū),平均照射度在60毫倫琴左右,個別地方可達150-200毫倫琴。再往外是輕度污染的準撤離區(qū),平均照射度在30毫倫琴。

由原子爐熔毀而漏出的輻射塵飄過俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭,也飄過歐洲的部分地區(qū),在最早發(fā)生意外的時候,有人認為切爾諾貝利的核泄漏是來自瑞典而不是俄國。

1986年4月27日,瑞典Forsmark核電廠工作人員發(fā)現(xiàn)異常的輻射粒子粘在他們的衣服上,該電廠距離切爾諾貝利大約1100公里。根據(jù)瑞典的研究,發(fā)現(xiàn)該輻射物并不是來自本地的核能電廠,他們懷疑是俄國核電廠出了的問題。當時瑞典曾透過外交渠道詢問,但未獲證實。另外,法國政府宣稱輻射塵只飄到德國及意大利的邊界。因為輻射塵的關(guān)系,意大利規(guī)定部分農(nóng)作物禁止人們食用,例如蘑菇。當時的法國政府為了避免引發(fā)民眾的恐懼,所以沒有作出類似的測量。

切爾諾貝利災(zāi)難不只污染了周圍的鄉(xiāng)鎮(zhèn),它還借由氣流的幫助,因此能夠沒有規(guī)律地往外面散開。

當局在事件發(fā)生之后36小時,就開始疏散住在切爾諾貝利反應(yīng)堆周圍的居民。在1986年5月,即事件發(fā)生后一個月,約116,000名住在核子廠方圓30公里內(nèi)的居民都被疏散至其他地區(qū)。因此,這個地區(qū)經(jīng)常會被稱為疏散區(qū)域。然而輻射所影響的范圍其實能散播至超過方圓30公里外的地方。

國家應(yīng)急廣播—應(yīng)急檔案,今天,為您講述:切爾諾貝利核事故,也希望能引起大家的思考。我是百寧,明天見!