本帖最后由 魔天道 于 2009-4-26 18:59 编辑
车诺比核能电厂事故(乌克兰语:Чорнобильська катастрофа)是一起发生在苏联乌克兰核能电厂的核子反应炉事故。该事故被认为是历史上最严重的核子电厂事故,也是国际核事件分级表(International Nuclear Event Scale)中唯一的第七级事件。因为功率的剧增导致反应炉被破坏,使得严重的放射性物质被释放到环境中。在最初发生的蒸气爆炸导致了两人死亡,而事故中绝大部分受害者的死因都归咎于放射线。
在1986年4月26日的凌晨1点23分(UTC+3),乌克兰普里皮亚特邻近的车诺比电厂,第四号反应炉发生了爆炸。后续的爆炸引发了大火并散发出大量高辐射物质到大气层中,涵盖了大面积区域。这次灾难所释放出的辐射线剂量是投在广岛的原子弹的400倍以上。[1]
核辐射尘污染过的云层飘往众多地区,包括原苏联西部的部分地区、西欧、东欧、斯堪地那维亚半岛、不列颠群岛和北美东部部分地区。此外,乌克兰、白俄罗斯及俄罗斯境内均遭受到严重的核污染,超过336,000名的居民被迫撤离。依据前苏联的官方报告[2],约60%受到辐射尘污染的地区皆位于白俄罗斯境内。
这次意外引起了众人对于前苏联核能发电工业上的安全顾虑,也减缓了一系列的核能工程进度。同时此次事件也促使了前苏联政府的资讯趋向较为透明化。苏联瓦解后的各个独立国家,包括俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯,至今仍为清理车诺比事件所造成的污染问题及其引起的健康问题上付出着极大的代价。因事件所造成的死亡人数难以精确计算,前苏联时期的刻意隐瞒,使得追查牺牲者方面的工作变得更为困难,事实上,前苏联政府当局在事件发生之后不久,已禁止医生在死亡证明上提及因“辐射线”而死亡[3]。
这个灾难总共损失大概美金两千亿元,包含将通货膨胀也列入计算。这使得车诺比灾难在近代历史中成为最“昂贵”的灾难事件。[4][来源可靠?]
由国际原子能总署和世界卫生组织所主导的车诺比论坛在2005年所提出的车诺比事件报告中,56人的死亡被归咎于此事件(47名救灾人员,9名罹患甲状腺癌的儿童),并估算在高度辐射线物质下暴露的大约60万人中,会有将近额外有4,000人将死于癌症。[5]尽管疏散区域和某些限制地区还有些管制,但是大多数的受影响区域已经被认为可以安全地居住和经济活动。[6]
切尔诺贝利核电站
切尔诺贝利核电站( [show location on an interactive map] 51°23′14″N 30°06′41″E / 51.38722, 30.11139)位于乌克兰普里皮亚季镇附近,距切尔诺贝利市西北18公里(11英里) ,离乌克兰与白俄罗斯的边界16公里(10英里),距离乌克兰和白俄罗斯边境16公里(10英里),距乌克兰首都基辅以北110公里(68英里)。核电站由四座RBMK-1000核反应堆组成,每座反应堆能产生1千兆瓦(GW)的电能(3千2百兆瓦特的热功率),核事故发生时四个反应堆共提供了乌克兰10%的电力[7]。电站的建设始于1970年代后期,1号反应堆于1977年启用,2号、3号、4号亦相继于1978年、1981年、1983年启用。另有5号及6号两座反应堆,每座也能产生1兆千瓦特电能,事故时仍在建造中。
1986年4月26日星期六,当地时间早上1点23分45秒,车诺比核电站的4号核反应堆遭遇大规模,灾难性的功率激增,导致蒸汽爆炸,撕裂反应堆的顶部,暴露了核心,并散发出大量的放射性微粒和气态残骸(主要是铯-137和锶-90),使空气(氧气)与超高温核心中的1700吨可燃性石墨减速剂接触;燃烧的石墨减速剂加速了放射性粒子的泄漏。泄漏一部分是由于放射性物质并没有被装在某种控制容器中(不像大多数西方的核电站,苏联的反应堆通常没有这种装置)。随后放射性粒子随风穿越了国界。
安全装置测试计划
1986年4月25日夜间,4号反应堆因为即将结束的第一次核燃料循环而计划停机检修。再此期间打算进行一项测试紧急堆芯冷却装置的实验。
起因
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作员。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(简称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、车诺比核电站职员及政府在内。现在一些独立的专家相信这两个解释都并非完全正确。
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,具有燃煤发电厂的训练经历和工作经验。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反应器设计的缺陷,特别是在于控制棒。
* 反应器有一个危险之正的空泡系数。空泡系数是一种衡量方法,测量反应器对于水冷却剂中蒸气汽泡的形成增加会有何反应。大部分的反应器设计会在水温越热,产生的能量会越少。因为如果冷却剂含有蒸气汽泡,则更少的中子速度会被减缓。速度快的中子比较不太会去分裂铀原子,所以反应器会产生更少的能量。然而,车诺比的RBMK反应器,使用固体石墨当作中子缓和剂来降低中子的速度,且用吸收中子的轻水来冷却核心。因此中子速度会被降低,即使在水中有蒸气汽泡的产生。此外,因为蒸气吸收中子不像水那样的容易,因而增加RBMK反应气得温度,就会有更多的中子能够分裂铀原子,增加反应器的能量输出。这会导致RBMK的设计在低水位时非常的不稳定,如果温度上升的话,有突然把能量生产增加至危险等级的倾向。这对于组员来说是违反直觉或是未知的。
* 在这个系统中更重大的缺陷是控制棒的设计。在反应器中控制棒插入反应炉来减慢反应速度。在RBMK反应器设计中,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,大约是一公尺或三英呎长度)是中空且注满水。只有其他部份控制棒是真正吸收中子而停止反应的区域,是由碳化硼制成。借由这种设计,当控制棒一开始插入反应器时候,石墨端会取代冷却剂。大大地增加了核分裂的反应速度,因为石墨是一种更有效的中子缓和剂,也比沸腾的轻水能够吸收更少的中子。因此一开始插入控制棒的几秒钟,反应器的能量输出会增加,而不是想要的降低效果。这对于反应炉操作原来说也是违反直觉且不知情。
* 水的管道是垂直地穿过炉心,当水温度增加时会上升,因此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气,则效应会更恶化。因为顶端部份已经不再可能被适当地冷却,且反应会大大地增加。(相反地,CANDU反应器设计中,水的管道是水平地穿过核心,相邻的管道则是相反方向的流向。因此核心中的温度会比较平均地分布)
* 因为他的巨大容积,为了降低成本,反应器并没有建构任何安全掩体。这使得蒸气爆发炸破主要的压力容器后,有辐射性的污染物得以直接进入地球大气层之中。
* 反应炉已经维持运转超过一年以上,储存了核分裂的副产物。这些副产物使反应器变成灾难。
* 当反应器温度过热,设计的缺陷会使得反应器容器扭曲和破裂,进而插入更多的反应棒已经是不可能。
重要注意的一点,是操作员关上了许多反应堆的安全系统——除非安全系统发生故障,否则这是技术指南所禁止的。
1986年8月出版的政府调查委员会报告指出,操作员从反应堆核心至少拿去了204枝控制棒(这类型的反应堆共需要211枝),留下了七枝,而指南(上文提及)是禁止RBMK-1000操作时在核心区域使用少于15枝控制棒的。
经过
1986年4月25日,4号反应器预定关闭以进行定期维修。并决定在这个时候测试反应堆的涡轮发电机能力,以检验在电力损失情形下能否发出充足的电能供给反应堆的安全系统动力(特别是水泵)。在车诺比,反应堆有一对柴油发电机可利用作为备用,但柴油发电机并不能瞬间地起动—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,车诺比4号反应器的能量输出从正常功率的3.2吉瓦特减少至700兆瓦特。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30兆瓦特。结果,中子吸引而成的核裂变产品“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 兆瓦特。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4月26日上午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。
上午1点23分04秒,实验开始了。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。在车诺比的RBMK石墨缓和反应器的特殊设计有一个高正面“空系数”,意味着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,反应堆操作变得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)。这通常意味着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,在事故时身在车诺比核电站,他写在他的书上:
“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著,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 吉瓦特,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。最后共同同意的版本被描述在上面。根据这种理论,第一次爆炸发生了在大约1点23分47秒,操作员在七秒以后命令了“紧急停堆”。
后事
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。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没有他们想的那么简单。
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。
即时的影响
由原子炉熔毁而漏出的辐射尘飘过俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰,也飘过欧洲的部份地区,例如:土耳其、希腊、摩尔多瓦、罗马尼亚、立陶宛、芬兰、丹麦、挪威、瑞典、奥地利、匈牙利、捷克、斯洛伐克、斯洛维尼亚、波兰、瑞士、德国、义大利、爱尔兰、法国(包含科西嘉)和英国。在最早发生意外的时候,有人认为车诺比的核泄漏是来自瑞典而不是俄国,1986年4月27日,瑞典Forsmark核电厂工作人员发现异常的辐射粒子粘在他们的衣服上,该电厂距离车诺比大约1100公里。根据瑞典的研究,内容发现该辐射物并不是来自本地的核能电厂,他们怀疑是俄国核电厂出了的问题。当时瑞典曾透过外交管道向苏联询问,但未获证实。另外,法国政府宣称辐射尘只飘到德国及义大利的边界。因为辐射尘的关系,义大利规定部份农作物禁止人们食用,例如蘑菇。法国政府为了避免引发民众的恐惧,所以没有作出类似的测量。
车诺比灾难不只污染了周围的乡镇,它还借由气流的帮助,因此能够没有规律地往外面散开。根据俄国及西方科学家的报告指出:掉落在俄国的辐射尘有60%在白俄罗斯。而由TORCH 2006的报告指出有一半的易挥发粒子掉落在乌克兰、白俄罗斯、及俄罗斯以外的地方。在俄罗斯联邦布良斯克(Bryansk)的南方极大的区域和乌克兰北方的部份地区,都被辐射物质污染。
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,因为他们并不知道意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人是居住在车诺比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。
俄国科学家报告指出,车诺比4号机反应炉总共有180至190吨的二氧化铀以及核反应产生的核废料。他们也估计这些物质大约有5%-30%流到外面。但根据曾经到过石棺反应炉做后续处理的清理人(例如Usatenko和Karpan博士)说反应炉内只剩大约5%-10%的物质。反应炉的照片里显示了反应炉完全是空的。因为大火引发的高温,让许多辐射物质冲向大气层高空,并向外四面八方扩散。
在灾难中,负责复原及整理的工作人员,我们将他们称为“清理人”。清理人在清理的过程中接受到非常高剂量的辐射。根据俄罗斯的估计,大约有300,000到600,000的清理人在灾变后的两年内,进入离反应炉30公里的范围内清除辐射污染物。
在被辐射污染的地区里,有许多小孩的辐射剂量高达50 戈雷(Gy)。这是因为他们在喝牛奶的过程中吸收了当地生产而被辐射污染的牛奶,当地牛奶是被碘-131所污染,碘-131的半衰期为8天。许多研究发现白俄罗斯、乌克兰及俄罗斯的小孩也罹患甲状腺癌比例快速增加。根据日本原子弹爆炸的事后调查统计预期,在车诺比地区的白血病在未来的几年内将会增加。但直到目前为止,白血病病例的增加数量还不足以在统计学上推断,并和辐射外泄有关。但是,事实证明了在车诺比地区里,畸形婴儿的出生率的确是升高了,有调察显示证实是由辐射灾难余后的辐射尘,所导致的结果。
长期的健康影响
意外发生之后,人们的健康问题主要被放射性物质“碘-131”所影响。目前,有人担心20年前的锶-90和铯-137还会对土壤造成污染。而且,植物、昆虫和蘑菇最表层的土壤会吸收铯-137。所以,有些科学家担心核辐射会对当地人造成几个世代的影响。
苏联当局在事件发生之后36小时,就开始疏散住在车诺比反应炉周围的居民。在1986年5月,即事件发生后一个月,约116,000名住在核子厂方圆30 公里(相当于18 英里)内的居民都被疏散至其他地区。因此,这个地区经常会被称为疏散区域(Zone of alienation)。可是,辐射所影响的范围其实能散播至超过方圆30公里外的地方。
核电厂爆炸事故对车诺比居民造成的长期影响一直备受争议,有超过300,000 人脱离了灾难的威胁,但仍然有数百万人继续居住在污染区内。然而,那些受到低剂量辐射所影响的人,几乎没有死亡率增加、癌症或先天缺陷的症状。但是,也不能够确定其原因与放射性污染的关联。
同时,前苏联当局在灾难中遇上了障碍:科学研究也许因为缺乏民主的透彻性而受到限制。在白俄罗斯、一个受官方质疑的科学家Yuri Bandazhevsky,,因为错误评估车诺比核电厂的1 000 Bq/kg马力 ,而被国家控制组织所拘留。
2009-4-26 17:51:54