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切尔诺贝利事故的概况

发布时间:2019-08-18 00:53 来源:未知 编辑:admin

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  切尔诺贝利核电站事故于1986年4月26日发生在乌克兰苏维埃共和国境内的普里皮亚季市(俄语:Припять; 英语:Chernobyl disaster),该电站第4发电机组爆炸,核反应堆全部炸毁,大量放射性物质泄漏,成为核电时代以来最大的事故。辐射危害严重,导致事故前后3个月内有31人死亡,之后15年内有6-8万人死亡,13.4万人遭受各种程度的辐射疾病折磨,方圆30公里地区的11.5万多民众被迫疏散。为消除辐射危害,保证事故地区生态安全,乌克兰和国际社会一直在努力。

  1986年4月25日,4号反应器预定关闭以作定期维修。并决定在这场合作为测试反应堆的涡轮发电机能力的机会,在电力损失情形下发充足的电供给反应堆的安全系统动力(特别是水泵)。像切尔诺贝利,反应堆有一对柴油发电机可利用作为待命,但并不能瞬间地起动—反应堆将因此被使用转动涡轮,到时涡轮会从反应堆分离和在自己的惯性之下力量转动,而测试的目标是确定当发电器起动时,涡轮是否在减少阶段能充足地供给泵浦动力。测试早先在其它单位执行成功(所有安全供应起动)而结果是失败的(那是涡轮产生了不足的力量在减少阶段供给泵浦动力),但另外的改进提示了对其它测试的需要。

  为了在更安全、更低功率地进行测试,他们首先断开了反应堆的自动安系统,以便他们察觉不到因实验导致的异常情况,不至于干扰实验。切尔诺贝利4号反应器的能量输出从正常功率的3.2千兆瓦特减少至700百万瓦特。但是,由于实验开始的延迟时,反应堆控制员太快地减低能量水平,实际功率输出落到只有3百万瓦特。结果,中子吸引而成的裂变产品氙-135增加了(这产品典型地在更大的功率情况下,在一台反应堆中消耗)。力量下落的标度虽是接近由安全章程允许的最大限制,但员工组的管理者选择不关闭反应堆并继续实验。后来,实验决定“抄捷径”和只上升功率输出到200 百万瓦特。为了克服剩余氙-135的中子吸收,远多于安全章程数量的控制棒由反应堆拔出。在1986年4月26日晚上1点05分,作为实验一部分,被涡轮发电机推动的水泵起动了;水的流量由于这行动而超出了安全章程的指定。水流量在上午1点19分增加了—因为水也会吸收中子,在水流量的进一步增加需要手工撤除控制棒,导致一个极不稳定和危险操作条件。当能量产出意外降低到最低要求量以下时,工程师选择通过拆除反应堆的控制杆,只保留211个控制杆中的6个,来加快反应堆的运行速度。安全规则要求的控制杆最少数量为30个,但经验极其丰富的操作人员深信6个控制杆就够用了。

  工程师们认为自己已经重新稳定了反应堆,便在凌晨1点23分04秒开始他们的实际试车实验。反应堆的不稳定状态在控制板没有显示任何情况,并且看起来所有反应堆员工并未充分地意识到危险。水泵的电力关闭了,并且被涡轮发电机的惯性推动,水流的速度减低了。涡轮从反应堆分离,反应器核心的蒸汽水平增加。因为冷却剂被加热,个别的蒸汽在冷却剂管道形成。在切尔诺贝利的RBMK石墨缓和反应器的特殊设计有一个高正面空系数,意味著在没有水时的中子吸收的作用使反应堆的力量迅速地增加,并且在这种情况下,反应堆操作逐渐变得不稳定和更加危险。上午1点23分40秒操作员按下了命令“紧急停堆”的AZ-5(“迅速紧急防御5”)按钮—所有控制棒的充分的插入,包括之前不小心地拿走的控制棒。这是否作为紧急措施,或只是简单地在实验完成时作为关闭反应堆定期方法,并不清楚(反应堆预定被关闭作为定期维修)。这通常意味著紧急停堆的命令是因为意想不到的迅速力量增量的一个反应。另一方面,总工程师Anatoly·Dyatlov,在事故时身在切尔诺贝利核电站,他在他的书上写到:

  “在1点23分40秒,集中化控制系统之前……没有登记能辩解紧急停堆的任何参量变动。依照陈述委任……会集和分析很多材料,在它的报告,没确定原因为什么命令了紧急停堆。并没有需要寻找原因。反应堆简单地在实验完成时被关闭。”

  由于控制棒插入机制(18至20秒的慢速完成),棒的空心部份和冷却剂的临时移位,逃走导致反应率增加。增加的能量产品导致了控制棒管道的变形。棒在被插入以后被卡住,只能进入管道的三分之一,因此无法停止反应。在1点23分47秒,反应堆产量急升至大约30 千兆瓦特,是十倍正常操作的产品。燃料棒开始熔化而蒸汽压力迅速地增加,导致一场大蒸汽爆炸,使反应器顶部移位和受破坏,冷却剂管道爆裂并在屋顶炸开一个洞。为了减少费用,和它的体积太大,反应堆以单一保护层方式兴建。这令放射性污染物在主要压力容器发生蒸汽爆炸而破裂之后进入了大气。在一部分的屋顶炸毁了之后,氧气流入---与极端高温的反应堆燃料和石墨慢化剂被结合—引起了石墨火。这火灾令放射性物质扩散和污染更广的区域。

  由于目击者的报告和站内纪录不一致,有一些争论认为确实的事件是发生在当地时间1点22分30。根据这种理论,第一次爆炸发生在大约1点23分47秒,操作员在七秒以后命令了“紧急停堆”。 1986年4月26日当地时间1点24分,苏联的乌克兰共和国切尔诺贝利(台译:车诺比,港译:切尔诺贝尔,乌克兰文:Чорнобиль,俄文:Чернобыль,英文:Chernobyl)核能发电厂(原本以列宁的名字来命名)发生严重泄漏及爆炸事故。事故导致31人当场死亡,上万人由于放射性物质远期影响而致命或重病,至今仍有被放射线影响而导致畸形胎儿的出生。这是有史以来最严重的核事故。外泄的辐射尘随着大气飘散到前苏联的西部地区、东欧地区、北欧的斯堪的纳维亚半岛。乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯受污染最为严重,由于风向的关系,据估计约有60%的放射性物质落在白俄罗斯的土地。此事故引起大众对于苏联的核电厂安全性的关注,事故也间接导致了苏联的瓦解。苏联瓦解后独立的国家包括俄罗斯、白俄罗斯及乌克兰等每年仍然投入经费与人力致力于灾难的善后以及居民健康保健。因事故而直接或间接死亡的人数难以估算,且事故后的长期影响到目前为止仍是个未知数。

  意外发生后,马上有203人立即被送往医院治疗,其中31人死亡,当中更有28人死于过量的辐射。死亡的人大部份是消防队员和救护员,因为他们并不知道野外中含有辐射的危险。为了控制核电辐射尘的扩散,当局立刻派人将135,000人撤离家园,其中约有50,000人是居住在切尔诺贝利附近的普里皮亚特镇居民。卫生单位预测在未来的70年间,受到5–12艾贝克辐射而导致癌症的人,比例将会上升2%。另外,已经有10人因为此次意外而受到辐射,并死于癌症。

  到2006年,官方的统计结果是,从事发到目前共有4000多人死亡。但是绿色和平组织,基于白俄罗斯国家科学院的数据研究发现,在过去20年间,切尔诺贝利核事故受害者总计达9万多人,随时可能死亡。因此,绿色和平组织认为,官方统计的结果比切尔诺贝利核泄漏造成的死亡人数少了至少9万人,这个数字是官方统计数字的20倍!对于绿色和平组织的“估计”缺乏理论支持。

  经济损失:180亿卢布 关于事故的起因,官方有两个互相矛盾的解释。第一个于1986年8月公布,完全把事故的责任推卸给核电站操纵员。第二个则发布于1991年,该解释认为事故是由于压力管式石墨慢化沸水反应堆(RBMK)的设计缺陷导致,尤其是控制棒的设计。双方的调查团都被多方面游说,包括反应堆设计者、切尔诺贝利核电站职员及政府在内。

  另一个促成事故发生的重要因素是职员并没有收到关于反应堆问题报告。根据Anatoli Dyatlov—一名职员所述,设计者知道反应堆在某些情况下会出现危险,但蓄意将其隐瞒。这种情况是因为厂房主管基本由不具备RBMK资格的员工组成造成的:厂长V.P. Bryukhanov,只具有燃煤发电厂的训练经历和工作经验,基本上是负责政战的主管,事发半夜演习时并不在场,但主导演习的副厂长是核能专业。他的总工程师Nikolai Fomin亦是来自一个常规能源厂。3号和4号反应堆的副总工程师Anatoli Dyatlov只有“一些小反应堆的经验”。

  第二个“有缺陷的设计之解释”是由Valeri Legasov于1991所公布,把事故的原因归咎于RBMK反应堆设计的缺陷,特别是由于控制棒的缺陷。

  反应堆有一个危险的空泡系数(void coefficient)。空泡系数是一种衡量反应堆安全程度的数据,用于测量水冷却剂中蒸汽汽泡的形成与增加对于反应堆的影响。大部分的反应堆设计会在水温升高时产生较少的能量。这是因为如果冷却剂含有蒸汽气泡,则能被减速的中子数量将会下降。速度快的中子一般不易造成铀原子的裂变,所以反应堆会产生较少的能量。然而,切尔诺贝利的RBMK反应堆,使用固体石墨当作中子慢化剂来降低中子的速度[8],且用吸收中子的轻水来冷却核心。因此尽管水中有蒸汽汽泡产生,仍有大量中子被慢化。此外,因为蒸汽吸收中子不像水那样的容易,因而增加RBMK反应堆的温度,就会有更多的中子能够铀原子裂变,增加反应堆的能量输出。这种设计导致RBMK在低功率时非常不稳定,在温度上升时存在输出能量在短时间内达到危险水平的倾向。这对于工作人员而言是难以理解和预见的。

  在这个系统中更重大的缺陷是控制棒的设计。在控制反应堆时,操纵员通过将控制棒插入反应堆来降低反应速度。在RBMK反应堆的设计中,控制棒的尾端是由石墨组成,延伸部份(在尾端区域超出尾端的部份,大约是一米或三英呎长度)中空且充满水;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。因为这种设计,当控制棒一开始插入反应堆的时候,石墨端会取代冷却剂,反而大大地增加了核分裂的反应速度,因为石墨能够吸收的中子比沸腾的轻水少。因此一开始插入控制棒的前几秒钟,反应堆的输出功率反而会增加,而不是预期的降低功率。反应堆操纵员对于这一特点也不知晓,且无法预见。

  水的管道垂直地穿过堆芯,当水温增加时水位将会上升,在核心之中产生温度的梯度效应。如果在顶端的部份已经完全地变为蒸汽,则效应会更恶化。因为顶端部份此时已无法被足够冷却,且反应会明显增强(相反地,CANDU反应堆设计中,水的管道水平地穿过核心,相邻的管道则是相反方向的流向,因此核心部分的水温变化较小)。

  因为反应堆有巨大的体积,所以,为了降低成本,建造电厂时反应堆周围并没有建筑任何作为屏障用的安全壳。这使得蒸汽爆炸造成反应堆破损后,放射性污染物得以直接进入环境之中。

  反应堆已经持续运转超过一年以上,储存了核裂变的副产物。这些副产物增强了不受控制的反应,使事故更难以控制。

  当反应堆温度过热,设计的缺陷使得反应堆容器变形、扭曲和破裂,使得插入更多的控制棒变得不可能。

  值得注意的一点是操纵员闭锁了许多反应堆的安全保护系统——除非安全保护系统发生故障,否则是技术规范所禁止的。

  1986年8月出版的政府调查委员会报告指出,操纵员从反应堆堆芯抽出了至少205枝控制棒(这类型的反应堆共需要211枝),留下了六枝,而技术规范是禁止RBMK-1000操作时在核心区域使用少于15枝控制棒的。 凌晨1点25分,切尔诺贝利核电厂第二消防站接到火灾警报,当班值勤的28名消防队员立即出动。当时他们没被告知是反应堆爆炸,有的还以为是一场普通火灾“没人告诉我们是反应堆的事”。

  我们在凌晨1:45-1:50时到了那里....看到了散落的石墨屑米沙问: “那是不是石墨?”我踢开了它,一个消防员捡起来看了一下,说“这是热的”它们有大有小,小的能够拿在手里……

  我们对辐射了解得不多,即使是在那里工作的也是如此。卡车上没有水,米沙开启了一个消防栓然后我们把水对准了房顶。那些上了房顶然后死了的小伙子们……瓦契克、柯利亚和其他人,还有沃洛迪亚-普拉维克……他们爬上了梯子,然后我就再没看到他们……

  另一位消防员Anatoli Zakharov则回忆:“我还记得当时向队友开玩笑:‘如果我们都能活到早晨那是非常幸运了’” 爆炸发生后,并没有引起苏联官方的重视。在莫斯科的核专家和苏联领导人得到的信息只是“反应堆发生火灾,但并没有爆炸”,因此苏联官方反应迟缓。在事故后48小时,一些距离核电站很近的村庄才开始疏散,政府也派出军队强制人们撤离。当时在现场附近村庄测出了是致命量几百倍的核辐射,而且辐射值还在不停地升高。但这还是没有引起重视。专家宁愿相信是测量辐射的机器故障也不相信会有那么高的辐射。可是居民并没有被告知事情的全部真相,这是因为官方担心会引起人民恐慌,甚至在普里皮亚季还在举行有乌克兰参加的五一节庆祝。许多人在撤离前就已经吸收了致命量的辐射(若能立即撤离,则可大幅减少受害者数量及程度)。

  事故后3天,莫斯科派出的一个调查小组到达现场,可是他们迟迟无法提交报告,苏联政府还不知道事情真相。终于在事件过了差不多一周后,莫斯科接到从瑞典政府发来的信息。此时辐射云已经飘散到瑞典。苏联终于明白事情远比他们想的严重。

  之后数个月,苏联政府派出了无数人力物力,终于将反应堆的大火扑灭,同时也控制住了辐射。但是这些负责清理的人员也受到严重的辐射伤害;原因之一为遥控机器人的技术限制,加上严重辐射线造成遥控机器人电子回路失效,因此许多最高污染场所的清理仍依赖人力。火灾扑灭后,接下来担心的是反应堆核心内的高温铀与水泥融化而成的岩浆熔穿厂房底板进入地下,苏联政府派出大批军人、工人,给炸毁的四号反应堆修建了钢筋混凝土的石棺,把其彻底封闭起来。

  苏联政府把爆炸反应堆周围30公里半径范围划为隔离区,撤走所有居民,用铁丝网围了起来,入口设有检查站,隔离区内只有定期换班的监测人员与切尔诺贝利核电站其它三个还在发电的核反应堆工作人员。特别是与爆炸的四号反应堆在同一主厂房建筑物内,两座反应堆中间共用排放放射性废气高烟囱的三号反应堆,又正常工作了19年。事故二十周年后,四号反应堆的石棺外表面的照射度仍有750毫伦琴,远高于20毫伦琴的安全值,加固石棺的焊接工人工作两个小时就要轮换。隔离区内的平均照射度仍大于100毫伦琴。

  隔离区以外是较重污染的撤离区,平均照射度在60毫伦琴左右,个别地方可达150-200毫伦琴。再往外是轻度污染的准撤离区,平均照射度在30毫伦琴。

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