切爾諾貝利核電站事故的原因

核能,一種一半是天使一半是惡魔的東西。只有使用、操作得當,它就能為人類提供大量的電力;反之,則毀天滅地!

核反應的原理:將鈾235純度為3%左右的鈾棒以一定的間隔固定的反應爐中,并用石墨包裹,由硼做成的控制棒排列在反應爐頂部。當中子撞擊原子核時,裂變開始。原子核分裂時會產生兩個原子核、二至三個中子以及大量的能量。能量產生的熱量會被不斷循環的水帶走,這樣不僅防止反應爐因高溫而熔毀,還可以用這股熱量讓水沸騰,產生蒸汽啟動發電機。而中子則會去撞擊下一個原子核,繼續進行核反應。當中子越來越多時,核反應就會愈加強烈,這時必須插入控制棒來吸收過多的中子,來降低核反應的發生。反之,拔出。

切爾諾貝利核事故的原因:1986年4月25日,4號反應堆計劃關閉以作定期的維修和測試,并借此機會來測試反應堆的渦輪發電機能力——檢查在電力損失的情況下是否仍有充足的電力供應給反應堆的安全系統(特別是水泵)。切爾諾貝利的反應堆設計有一對柴油發電機作為備用電力供應,但是柴油發電機無法瞬間啟動,此時反應堆將使用轉動的渦輪作為能量來源,渦輪會和反應堆分離并在自身的慣性下轉動。測試為了確定在柴油發電機尚未啟動時,渦輪是否能在電力減少階段仍充足地供應能量給水泵。該類測試早先在其它單位已執行成功(所有安全供應起動),但結果不盡人意(渦輪產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堆的安全系統,以保證安全系統不會因為實驗操作而自動觸發。此時,切爾諾貝利的4號反應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,生成的裂變產品氙-135增加(該產品會吸引中子)。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,操作人員從反應堆中拔出了安全章程所規定的控制棒數。在1986年4月26日凌晨1點05分,渦輪發電機推動的水泵啟動,水的流量超出了安全規定量。凌晨1點19分,水流量繼續增加,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速率,成為了一個極其不穩定的危險操作。當能量輸出已經低于規定最小值時,工程師們選擇拆除反應堆的控制桿,保留211個控制桿中的6個,來加快反應堆的運行速率。安全章程要求控制桿的最少數量為30個,但自認為經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重新穩定了反應堆,便在凌晨1點23分04秒開始他們的實際試車實驗。反應堆的不穩定狀態沒有在控制板上顯示出來,并且所有工程師們也未意識到危險。此時水泵的電力關閉,水流靠渦輪發電機的慣性推動,流動速率減低。渦輪從反應堆分離,反應器核心的蒸汽量增加。由于在切爾諾貝利的RBMK石墨緩和反應堆特殊設計有一個高正面空系數,因此在水流減緩時,反應堆內對中子吸收的作用減弱使反應堆的功率迅速增加。凌晨1點23分40秒操作人員按下了命令“緊急停堆”的AZ-5(“迅速緊急防御5”)按鈕—所有控制棒準備重新插入反應堆中。另一方面,總工程師Anatoly·Dyatlov,在事故時身在切爾諾貝利核電站,他在他的書上寫到:

“在1點23分40秒,集中化控制系統之前……沒有登記能辯解緊急停堆的任何參量變動。依照陳述委任……會集和分析很多材料,在它的報告,沒確定原因為什么命令了緊急停堆。并沒有需要尋找原因。反應堆簡單地在實驗完成時被關閉。”

由于控制棒的插入機制(18至20秒的慢速完成)和設計結構,控制棒底端設計有石墨,石墨與水冷卻劑接觸瞬間導致反應堆反應速率增加,功率的瞬間增大導致管道變形,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。凌晨1點23分47秒,反應堆功率急升至30 千兆瓦特,這已達到十倍正常功率值。燃料棒開始熔化,蒸汽壓力迅速地增加,導致蒸汽爆炸,反應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。

那一天,切爾諾貝利核電站的四號反應堆上空出現了一道幽藍色的光束。

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