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        焦點 歷史上的今天——你所不知道的切爾諾貝利

        來源:常山信息港 發(fā)表時間:2020-04-26 21:08

          具體內(nèi)容如下:切爾諾貝利核電廠位于烏克蘭首府基輔市以北130km,距離普里皮亞季市3km,與切爾諾貝利相距18km?!鹿是暗钠绽锲喖臼星袪栔Z貝利反應(yīng)堆是以鈾-235為原料的RBMK類型反應(yīng)堆,是普里皮亞季市主要的供電來源。核反應(yīng)堆是一種能以可控方式產(chǎn)生自持鏈式裂變反應(yīng)的裝置。鏈式核反應(yīng)(nuclearchainreaction)就是由中子撞擊原子核引起原子核裂變,裂變的過程中釋放能量,同時又會產(chǎn)生新的中子,新產(chǎn)生的中子引起新的原子核裂變,裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進行,同時不斷產(chǎn)生新能量的過程。

        ▲ 事故前的普里皮亞季市
        ▲ 事故前的普里皮亞季市

          切爾諾貝利反應(yīng)堆是以鈾-235為原料的RBMK類型反應(yīng)堆,是普里皮亞季市主要的供電來源。核反應(yīng)堆是一種能以可控方式產(chǎn)生自持鏈式裂變反應(yīng)的裝置。鏈式核反應(yīng)(nuclear chain reaction)就是由中子撞擊原子核引起原子核裂變,裂變的過程中釋放能量,同時又會產(chǎn)生新的中子,新產(chǎn)生的中子引起新的原子核裂變,裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進行,同時不斷產(chǎn)生新能量的過程。

        ▲ 鈾-235的裂變  
        ▲ 鈾-235的裂變  

          在核裂變產(chǎn)物中,氙-135的熱中子吸收截面很大,擔當著重要的作用。鈾-235經(jīng)過裂變可生成氙-135,其中氙-135吸收一個中子又會變成氙-136。

          當時切爾諾貝利共有4臺1000兆瓦(MW)的RBMK反應(yīng)堆在運行,在附近還有兩座反應(yīng)堆正在建造。RBMK反應(yīng)堆本質(zhì)上是個大型熱水器。

         ▲ RBMK堆芯簡圖 ▲ RBMK堆芯簡圖
         ▲ 這是控制棒結(jié)構(gòu),綠色部分為硼,對中子有強吸收作用,紫色部分為石墨,可以慢化中子,使中子更易被俘獲。 ▲ 這是控制棒結(jié)構(gòu),綠色部分為硼,對中子有強吸收作用,紫色部分為石墨,可以慢化中子,使中子更易被俘獲。
        ▲地面上是反應(yīng)堆的端蓋,端蓋上的柱體就是插入的控制棒▲地面上是反應(yīng)堆的端蓋,端蓋上的柱體就是插入的控制棒

          RBMK反應(yīng)堆具有以下特點:

         ?、?nbsp;RBMK反應(yīng)堆具有正空泡系數(shù)。即冷卻水會被加熱變?yōu)樗魵?,吸收中子能力減弱,核反應(yīng)速率提升,溫度更高,產(chǎn)生更多水蒸氣。

         ?、?nbsp;反應(yīng)堆具有負溫度系數(shù),隨著溫度的不斷上升,反應(yīng)的速率會有所降低。

         ?、?nbsp;反應(yīng)堆體積巨大,氙-135引起的不穩(wěn)定因素使得該堆的控制變得很復雜; 

         ?、?nbsp;很低的控制棒插入速度(0.4m/s)使得緊急停堆系統(tǒng)難以跟蹤快速瞬變,為此,運行規(guī)則要求堆內(nèi)始終有一定數(shù)量(30根)的控制棒插入到一定深度,堆內(nèi)低于15根控制棒時應(yīng)立刻停堆;

         ?、?該核電站沒有安全殼。

          與一般的熱水器不同的是,切爾諾貝利使用的是一種非常強大的能源-核能。在紀錄片《搶救切爾諾貝利》中,戈爾巴喬夫表示:“我們得到的訊息都說一切正常,包括反應(yīng)爐也是。我詢問亞歷山卓夫院士,他告訴我反應(yīng)爐絕對安全,甚至可以裝置在紅場。過程和煮茶沒兩樣,就像在紅場擺個茶壺一樣?!?/p>

        ▲ 圖為戈爾巴喬夫    ▲ 圖為戈爾巴喬夫    

          可一個安全的熱水器為何會爆炸呢?

          據(jù)資料顯示,爆炸前切爾諾貝利正在準備它的第四次惰性測試。惰性測試是為了檢測在斷電的情況下核電站能否依靠汽輪機自身的慣性來維持水泵的供水,直至備用發(fā)電機完全啟動。4月25日,切爾諾貝利反應(yīng)堆反應(yīng)功率從3200MW降至1600MW,在他們準備進一步降低至實驗所需的700MW時,基輔電網(wǎng)官員表示為了保證用電高峰的供電需求,核電站的輸出功率不能進一步降低了,測試被推遲了10個小時。

          RBMK反應(yīng)堆制約關(guān)系

          在RBMK核反應(yīng)堆中,存在一個相互制約的關(guān)系,核反應(yīng)提升反應(yīng)速率,控制棒和水抑制反應(yīng)速率,水蒸氣增加反應(yīng)速率,負溫度系數(shù)抑制反應(yīng)速率,一種微妙的平衡。

          事故演變

          1、首先將反應(yīng)堆功率從3200MW降低至1600MW,并準備繼續(xù)降低至測試要求的700MW。

          2、基輔電網(wǎng)官員告訴他們?yōu)闈M足用電高峰需求,測試時間需推遲了10個小時。在這10個小時里反應(yīng)堆以半功率1600MW運行。此時第一個反應(yīng)平衡點被打破,半功率下反應(yīng)堆無法產(chǎn)生足夠的中子來抵消氙-135的影響,氙-135與中子的平衡被打破,氙-135越積累越多,無法得到有效的中和,反應(yīng)的天平開始向速率降低傾斜。

          3、開始測試,繼續(xù)降低反應(yīng)功率,控制棒插入更深,氙-135越來越多,中子越來越少,最后反應(yīng)速率降低陣營大獲全勝,反應(yīng)速率驟降至500MW左右。

          4、操作人員為獲得更多控制權(quán),關(guān)閉自動控制系統(tǒng),控制棒不再自我調(diào)節(jié),反應(yīng)速率進一步降低,至30MW,此時反應(yīng)堆已被氙-135毒化,正確操作應(yīng)為停止測試,在24小時之內(nèi)慢慢提高功率,但是操作人員仍堅持繼續(xù)測試。

          5、30MW情況下,氙-135依舊在產(chǎn)生,但是得不到中和,反應(yīng)速率過慢以至于溫度太低,無法產(chǎn)生水蒸氣。此時反應(yīng)功率增加方幾乎全軍覆沒。而反應(yīng)功率降低方,控制棒深入,水無法變?yōu)樗魵?,?135無法被中和,反應(yīng)天平徹底垮塌。

          6、為了提高反應(yīng)功率,操作員開始抽出控制棒,據(jù)資料顯示最終操作員抽出了幾乎所有的控制棒,僅留下6-8根在反應(yīng)堆中,嚴重違反了RBMK反應(yīng)堆運行要求,此時反應(yīng)堆由于溫度太低,負溫度系數(shù)不起作用,反應(yīng)速率降低陣營損失兩元大將,只有水和氙-135在繼續(xù)戰(zhàn)斗。

          7、雖然控制棒被幾乎全部抽出,功率依舊只有200MW左右,操作人員決定開始測試,水泵停止輸水,此時反應(yīng)功率增加方開始了絕地反擊。沒有了控制棒和冷卻水的兩大封印,反應(yīng)堆核心火力全開,反應(yīng)堆功率激增。

          8、反應(yīng)功率激增導致溫度瞬間升高,殘余的水開始變化為水蒸氣,水蒸氣重新加入了戰(zhàn)斗,然而沒有新補充的水,此時反應(yīng)速率降低陣營只有最有一名戰(zhàn)士,氙-135,氙-135被新產(chǎn)生的中子轉(zhuǎn)化為氙-136,現(xiàn)在輪到反應(yīng)速率降低陣營全軍覆沒了。

          9、反應(yīng)堆幾乎不再受任何束縛,展現(xiàn)了他真實的力量,輸出功率激增。

          10、操作員摁下AZ-5(緊急停止),控制棒全部插回,但是控制棒的尖端,是石墨,石墨并不能減低反應(yīng)速率,而是增加。

          11。 反應(yīng)速率由于石墨的加入而激增,剩余水瞬間全部轉(zhuǎn)化為水蒸氣,蒸汽壓力突然增大使管道發(fā)生了形變,控制棒無法繼續(xù)插入,此時的控制棒不僅不能降低反應(yīng)功率,反而使反應(yīng)功率繼續(xù)增大,控制棒叛變了,此時一切已經(jīng)不可阻止。

          12。 反應(yīng)堆爆炸,最后讀數(shù)為33000MW,是額定功率的十倍還要多。

          13。 還沒有結(jié)束,反應(yīng)堆蓋子被炸開,氧氣涌入,為這場悲劇畫上了最后的句號,氧氣與過熱的石墨結(jié)合,引發(fā)了第二次更為劇烈的爆炸。

         ▲ 這是歷史上第一張事故照片(圖片非常模糊是因為輻射破壞了相機的膠卷) ▲ 這是歷史上第一張事故照片(圖片非常模糊是因為輻射破壞了相機的膠卷)
        ▲ 消防員在撲滅三號機組周圍的火▲ 消防員在撲滅三號機組周圍的火
         ▲ 飛行員在投放混有硼酸的沙子給反應(yīng)堆滅火 ▲ 飛行員在投放混有硼酸的沙子給反應(yīng)堆滅火
        ▲ 在輻射極高地區(qū)嘗試使用機器人來進行清理,但是機器人的電路并不能承受如此高強度的輻射▲ 在輻射極高地區(qū)嘗試使用機器人來進行清理,但是機器人的電路并不能承受如此高強度的輻射
         ▲ 清理反應(yīng)堆屋頂?shù)氖咳酥荒芄ぷ?0-60秒 ▲ 清理反應(yīng)堆屋頂?shù)氖咳酥荒芄ぷ?0-60秒
        ▲ 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,當中有28人死于過量的輻射。死亡的人大部分是消防隊員和救護員,2005年9月,聯(lián)合國、國際原子能機構(gòu)、世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國開發(fā)計劃署、烏克蘭和白俄羅斯政府以及切爾諾貝利論壇等其他聯(lián)合國團體,一起合作完成了一份關(guān)于核事故的總體報告。報告指出事件死亡人數(shù)可達4000人,包括了死于核輻射的47名救災(zāi)人員,和九名死于甲狀腺癌癥的兒童。  ▲ 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,當中有28人死于過量的輻射。死亡的人大部分是消防隊員和救護員,2005年9月,聯(lián)合國、國際原子能機構(gòu)、世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國開發(fā)計劃署、烏克蘭和白俄羅斯政府以及切爾諾貝利論壇等其他聯(lián)合國團體,一起合作完成了一份關(guān)于核事故的總體報告。報告指出事件死亡人數(shù)可達4000人,包括了死于核輻射的47名救災(zāi)人員,和九名死于甲狀腺癌癥的兒童。
         ▲ 受輻射污染的汽車停放在了城市的邊緣 ▲ 受輻射污染的汽車停放在了城市的邊緣
         ▲ 事故發(fā)生后,135,000人撤離了家園,其中約有50,000人是居住在切爾諾貝利附近的普里皮亞季市居民。 ▲ 事故發(fā)生后,135,000人撤離了家園,其中約有50,000人是居住在切爾諾貝利附近的普里皮亞季市居民。
         ▲ 切爾諾貝利地區(qū)進行了大規(guī)模的清理行動,涉及成千上萬的人。 ▲ 切爾諾貝利地區(qū)進行了大規(guī)模的清理行動,涉及成千上萬的人。
         ▲ 清理受污染的土壤 ▲ 清理受污染的土壤
         ▲ 游泳池依舊開放,為清理的工作人員緩解壓力 ▲ 游泳池依舊開放,為清理的工作人員緩解壓力
        ▲ 雖然無法對事故與嚴格空氣爆裂的核爆炸進行比較,但人們?nèi)怨烙嫞瑥那袪栔Z貝利釋放的放射性物質(zhì)比廣島和長崎原子彈爆炸釋放的放射性物質(zhì)多400倍。約10萬平方公里的土地受到沉降物的嚴重污染,受災(zāi)最嚴重的地區(qū)是白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯。除伊比利亞半島外,整個歐洲都檢測到過更輕微的污染水平。  ▲ 雖然無法對事故與嚴格空氣爆裂的核爆炸進行比較,但人們?nèi)怨烙?,從切爾諾貝利釋放的放射性物質(zhì)比廣島和長崎原子彈爆炸釋放的放射性物質(zhì)多400倍。約10萬平方公里的土地受到沉降物的嚴重污染,受災(zāi)最嚴重的地區(qū)是白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯。除伊比利亞半島外,整個歐洲都檢測到過更輕微的污染水平。
         ▲ 使用了40多萬立方米的混凝土和7300噸鋼材,建造了一個巨型石棺,將4號機組從此封印了起來,1986年11月底完成 ▲ 使用了40多萬立方米的混凝土和7300噸鋼材,建造了一個巨型石棺,將4號機組從此封印了起來,1986年11月底完成
        ▲ 1997年,一項由46個國家和組織資助的替代計劃---新安全禁閉(NSC)開始實施,耗資15億美元(約合110億人民幣),為切爾諾貝利4號機組建造新的石棺,2011年建成。▲ 1997年,一項由46個國家和組織資助的替代計劃---新安全禁閉(NSC)開始實施,耗資15億美元(約合110億人民幣),為切爾諾貝利4號機組建造新的石棺,2011年建成。

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