03.06 切爾諾貝利核事故的原因是什麼?

倔強的函數


在人類和平利用核能的幾十年中,踩了三次“急剎車”,分別是前蘇聯切爾諾貝利核事故、美國三里島核事故以及日本福島核事故。這三次核事故不僅是對於本國核工業重大的經驗教訓,也為世界核工業敲響了警鐘。

1986年4月26日凌晨1點23分,位於烏克蘭普里皮亞季鄰近的切爾諾貝利核電廠的第四號反應堆發生了爆炸,這次爆炸不是核爆炸,而是壓力高導致的物理爆炸,就像家裡的高壓鍋安全閥壞道後還一直加熱,最終壓力高爆炸是一個原理。

強大的衝擊波衝開反應堆廠房頂部,包括核燃料和石墨慢化劑等高放射性物質隨著爆炸波衝出,造成大量放射性物質外洩,直接死亡人數53人,切爾諾貝利 2000億美元。

事故回顧:

當時要進行的一個實驗:在停堆情況下,依靠汽輪機惰轉帶動發電機來供應廠用電必要負荷運轉的實驗,如果實驗成功,就準備在新機組中使用。在停堆前需要將反應堆功率降低,為了做這個實驗實驗人員違反規程閉鎖了一系列保護,如閉鎖主汽門全關後反應堆停堆,將餘熱導出系統退出熱備,由於電網方面的原因,推遲了實驗,低功率下運行了更長的時間,在總工的指揮下又出現了一些人為失誤,導致反應堆功率進一步下降,功率下降,碘積累,進入“碘坑”,功率不受控繼續下降,為了維持功率,操縱員違反規程解除了控制棒聯鎖保護,強行將堆內剩餘的控制棒提升以維持實驗所需功率,這種堆型規程要求至少要保留30根控制棒,然而最後提的只剩下6根控制棒在堆芯。這為後續的安全停堆留下了極大隱患。

事故原因:

三不放過中強調沒有查清原因,事故堅決不放過,縱觀本次事件,有以下幾個原因:

人員資質:實驗人員並不具備操作大型反應堆的資格,總工也是來自常規電站,並不熟悉反應堆操作。

違反技術規格書:反應堆運行過程中並不是憑著操縱員的經驗在操作,每一步操作都要有依據,這個依據在設計初期或者實驗得出,尤其設計安全問題,需要嚴格限定。

低功率下出現正的空泡係數。反應堆失去固有的穩定性,本來如果冷卻劑溫度偏高,正常是負的空泡係數,當溫度高時,會自動降低功率,使得反應堆參數穩定。

設計缺陷:這條剛開始公佈事故原因時,前蘇聯並沒有承認,後續事故報告分析如下:

切爾諾貝利核電站4號反應堆裝有211組控制棒。其中199組控制棒由碳化硼吸收棒和石墨擠水棒兩部分組成。當棒處於最高位置時,這些棒就全部抽離了堆芯,並距堆芯頂部200mm。控制棒的最大插入速度是0.4m/s,控制棒完全插入堆芯約需18秒鐘,這種插棒速度難以跟蹤反應性瞬變。

控制棒下端是石墨棒(石墨是慢化劑),當控制棒提到上限時,石墨棒對稱地處於堆芯中間,上下各有1.2m高的水。在動力驅動插棒過程中,石墨擠走堆芯底部的冷卻水,急劇增大堆下部正反應性,堆芯下部功率快速上升而不是下降,此即正剎車效應,即由控制棒設計缺陷所致。

切爾諾貝利使用的是RBMK-1000型石墨慢化清水堆,之後將在建的同類型9臺機組都做了設計變更,消除了設計缺陷。


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安全文化的缺乏導致了此次事故(切爾諾貝利核事故),這不僅是切爾諾貝利電廠,更是蘇聯核電設計,營運,監管的整體結構性問題。 ——國際核能安全諮詢小組

切爾諾貝利核事故後國際核能安全諮詢小組曾發佈兩份調查報告,綜合其中的觀點而言,主要是人為因素的導致事故發生。例如核電站從設計、建造、發電到監管,基本各個環節都對安全意識非常淡薄。

從1971年到1988年,切爾諾貝利核電站發生多達29起緊急事故!其中8起屬於人為因素,其中施工階段就導致結構損傷,廠房也沒有引起足夠重視並予以改善。

圖、事故發生後由不同的同位素在附近地區空氣中造成的汙染的比例。

這起發生在1986年4月26日凌晨的災難,是徹頭徹尾的人為因素災難。切爾諾貝利核電站的第四號反應堆發生爆炸,連續的爆炸引發沖天大火,並釋放出大量高能輻射物質到大氣層,而這些放射性塵埃更是覆蓋了大面積區域。其所釋放出來的輻射線劑量是廣島原子彈爆炸時期的400倍以上!這也導致烏克蘭、白俄羅斯等區域遭受嚴重核汙染,超過33.6萬名居民流離失所。災難造成的損失超過2000億美元,這也是近代史中代價最為慘痛的災難。

圖、普里皮亞季附近被廢棄的學校

報告指出災難發生後,切爾諾貝利4號機反應堆釋放出180至190噸的二氧化鈾以及核反應產生的核廢料。最初有203人被送往醫院,其中31人遇難,有28人死於過量的輻射,大部分都是消防員和救護人員。此次意外亦引起了世界對蘇聯核電工業安全的顧慮,並減緩了核電站的建設。此次事故也倒逼蘇聯政府的信息透明化成都。可以說並不是單方面原因導致切爾諾貝利核事故,它的發生也許只是時間問題。


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關於事故的起因,官方有兩個互相矛盾的解釋。第一個於1986年8月公佈,完全把事故的責任推卸給核電廠操作員。第二個則發布於1991年,該解釋認為事故是由於壓力管式石墨慢化沸水反應爐(RBMK)的設計缺陷導致,尤其是控制棒的設計。雙方的調查團都被多方面遊說,包括反應爐設計者、車諾比核電廠職員及政府在內。

另一個促成事故發生的重要因素是職員並沒有收到關於反應爐問題報告。根據四號機總工程師阿那託利·迪亞洛夫所述,設計者知道反應爐在某些情況下會出現危險,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:廠長V.P. Bryukhanov,只具有燃煤發電廠的訓練經歷和工作經驗,基本上是負責政戰的主管,事發半夜演習時並不在場,但主導演習的副廠長是核能專業。他的總工程師尼可萊·佛民亦是來自一個常規能源廠。4號機的代理總工程師阿那託利·迪亞洛夫只有「一些小反應爐的經驗」。

第二個「有缺陷的設計之解釋」是由Valeri Legasov於1991所公佈,把事故的原因歸咎於RBMK反應器設計的缺陷,特別是由於控制棒的缺陷。

  • 反應器有一個危險的空泡係數(void coefficient)。空泡係數是一種衡量反應器安全程度的數據,用於測量水冷卻劑中蒸氣汽泡的形成與增加對於反應器的影響。大部分的反應器設計會在水溫升高時產生較少的能量。這是因為如果冷卻劑含有蒸汽氣泡,則能被減速的中子數量將會下降。速度快的中子一般不易造成鈾原子的分裂,所以反應器會產生較少的能量。然而,車諾比的RBMK反應器,使用固體石墨當作中子緩和劑來降低中子的速度[9],且用吸收中子的輕水來冷卻核心。因此儘管水中有蒸氣汽泡產生,仍有大量中子被減速。此外,因為蒸氣吸收中子不像水那樣的容易,因而增加RBMK反應器的溫度,就會有更多的中子能夠分裂鈾原子,增加反應器的能量輸出。這導致RBMK的設計在低水位時非常不穩定,在溫度上升時存在輸出能量在短時間內達到危險水平的傾向。這對於工作人員而言是難以理解和預見的。
  • 在這個系統中更重大的缺陷是控制棒的設計。在反應時,控制員透過將控制棒插入反應爐的動作來減慢反應速度。在RBMK反應器的設計中,控制棒的尾端是由石墨組成,延伸部份(在尾端區域超出尾端的部份,大約是一公尺或三英呎長度)中空且注滿水。而控制棒的其他部份由碳化硼製成,是真正具有吸收中子能力的部分。因為這種設計,當控制棒一開始插入反應器時候,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,反應器的輸出功率反而會增加幾百以至幾千倍,而不是預期的降低功率。反應爐操作員對於該點也不知曉,且無法預見。
  • 水的管道垂直地穿過爐心,當水溫增加時水位將會上升,在核心之中產生溫度的梯度效應。如果在頂端的部份已經完全地變為蒸氣,則效應會更惡化。因為頂端部份此時已無法被足夠冷卻,且反應會明顯增強。(相反地,CANDU反應器設計中,水的管道水平地穿過核心,相鄰的管道則是相反方向的流向,因此核心部分的水溫變化較小)
  • 因為反應器有巨大容積,所以為了降低成本,建造電廠時反應爐周圍並沒有建構任何圍阻體。這使得蒸氣爆炸使主要的反應爐壓力槽破損後,輻射性汙染物得以直接進入地球大氣層之中。
  • 反應爐已經持續運轉超過一年以上,儲存核分裂的副產物。這些副產物增強不受控制的反應,使事故更難以控制。
  • 當反應器過熱時,設計上的缺陷導致反應器容器變形、扭曲和破裂,最終導致不可能插入控制棒。

值得注意的一點是操作員關上許多反應爐的安全系統——除非安全系統發生故障,否則這是技術指南所禁止的。

1986年8月出版的政府調查委員會報告指出,操作員從反應爐核心拿去至少204枝控制棒(這類型的反應爐共需要211枝),留下7枝,而指南(上文提及)是禁止RBMK-1000操作時在核心區域使用少於15枝控制棒的。


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摘自左鳳榮 《切爾諾貝利事故的原因與教訓》

(作者為中央黨校國際戰略研究所教授)

1986年4月26日凌晨,切爾諾貝利4號機組發生爆炸。爆炸相當於500顆1945年投到日本廣島和長崎那樣的原子彈,噴出近190噸放射性物質和8噸放射性燃料。大火燒了兩週,700萬人受到輻射,數千人遭受過量輻射,被汙染的土地達數億公頃。切爾諾貝利事故發生在蘇聯改革列車剛剛啟動之時,是蘇聯體制漠視人生命弊端的暴露。

切爾諾貝利事故暴露了蘇聯體制的問題

首先,蘇聯領導人只重生產,不重安全。

蘇聯是第一個和平利用核能的國家。應該說蘇聯人在和平利用核能方面是有經驗的,但他們一直相信核電站是安全的,對其發生事故的可能性估計不足。切爾諾貝利電站採用的是水冷卻式的石墨慢化反應堆。蘇聯之所以選擇這種安全性能差的反應堆,主要原因是這種反應堆能在發電的同時,生產出製造核武器用的鈈。在核電站選址時,蘇聯第一座核電站的設計者尼古拉·多列扎利教授就提出過電站的安全性問題,建議不要把電站建在人口稠密的西部地區,建議未被採納。蘇聯的核電站大多建在人口眾多的大城市附近。在蘇聯的決策者看來,發展核武器,在軍備上趕超西方是壓倒一切的任務,是蘇聯制度優越性的體現。

在蘇聯體制下,敷衍了事、不負責任也是普遍現象,事故調查報告指出:“今天我們已經知道,保護這個反應堆的控制系統有故障,許多技術人員也清楚,並對如何排除故障提出過建議。設計師不願很快就去幹額外的工作,因此沒有及時更換保護控制系。切爾諾貝利核電站本身發生的事故在許多年內都有,因為進行過實驗,而實驗計劃卻編寫得極不認真和極不仔細,實驗前也沒有預定任何應付可能出現情況的對策。……打仗還要求所有操作規程的準確無誤,而這裡全然忽視設計師和專家的意見。在計劃預報維修前既不注意檢查儀器的工作狀態,也不檢查設備的狀況。核電站的一位廠長竟然對我說:‘你擔心什麼?就算是核反應堆吧,也不過像咱們的茶炊,比熱電站簡單多了。再說我們的工作人員有經驗,什麼事也不會發生的。’”

第二,蘇聯對事故的防範不夠。核能確實是清潔、高效的能源,但是,其危險性也是不言而喻的。

但是,蘇聯的核科學家盲目自信,沒有應對核電站事故的預案。領導人也缺少安全意識,注意力主要集中在發電上。因此,在事故發生後,消防隊員按處理一般火災來處理,即使知道有核洩露,也找不到必要的防護器具。事後,列加索夫院士氣憤地說:“我們要求所有的人員做好應對各種情況下的所有突發事件。針對這樣的事件,要求做好在此情況下的安排和組織工作。——在這裡,電站負責人不懂得按必要的順序處理事件,也沒有能源部的領導。對事情既不懂得事先進行分析和研究,也沒有應付事情的對策。政府部門只好承擔起弄清情況和採取必要行動的責任。”“既沒有足夠的防護面罩和個人的輻射測量器,甚至對所有的人來講連被叫做鉛筆的東西也顯得不夠,就連用於自動顯示數公里半徑內輻射情況的遙測數據的外部輻射測量自動裝置在電站也沒有。所以在這種情況下只好組織大量人員進行探測工作。”蘇聯因此擴大了事故的人員傷亡,“參加救援的8.45 萬人中,到21世紀初有一半死亡或殘廢。”

第三,事故處理不當,擴大了損害程度。

到26日晚,全世界都知道了蘇聯核電站發生了事故,莫斯科仍在沉默。核電站附近普里皮亞季鎮的居民生活如常,4 月26 日夜間才決定疏散普里皮亞季鎮的居民。從27日14時開始疏散,4萬多人被迫離開了家園。在國際社會的壓力下,4月28日11時,政治局終於開會研究是否報道的問題。戈爾巴喬夫、利加喬夫、雅科夫列夫都認為應該儘快向外界通報情況,但通報還是被拖延下來了。直到4 月28 日晚9 時,電視和廣播才在新聞中發佈公告,簡單地向公民通報:“切爾諾貝利核電站發生了事故,一座原子能反應堆受到損壞。正在採取措施消除事故後果。受到影響者正在得到救助。已經為此成立了一個政府委員會。”並沒有說出現了核洩漏事故,也沒有提示居民進行防護。從切爾諾貝利開出來的車輛未經任何處理就駛入基輔市區,造成核塵人為擴散。4 月30日,部長會議發表公告,宣佈:“由於過去幾天所採取的措施,洩漏的放射物質已減少,原子能電站地區和電站村的輻射程度已經降低,反應堆處在熄滅狀態,切爾諾貝利核電站和附近地區的輻射狀況並沒有引起危險,飲用水以及河水和水庫的水質符合標準。”5 月1 日紅場照例舉行節日遊行,戈爾巴喬夫沒有向人們通報4 天前發生的災難。

5 月14日,戈爾巴喬夫才發表電視講話,介紹這次核事故。“大家都知道,前不久我們遇到了不幸——切爾諾貝利核電站發生了事故。這一事故讓蘇聯人民經受了痛苦,也引起了國際社會的不安。我們首次現實地感受到了脫離控制的核能會有這麼大的威力。”

切爾諾貝利事故本是可以避免的一場人類災難,其災難性後果至今難以消除,為消除這些後果的花費遠遠超過其曾經創造的價值。


綠伊七


首先是演練過程中反應堆控制棒被至少由12根組成減少到只有6根組成,而當演練失敗,停止反應堆工作時,由於管道變形,反應堆只進入三分之一,反應堆繼續產能,導致溫度過高,燃料棒開始融毀,首先導致一場蒸汽大爆炸,掀開了屋頂和反應堆,最後氧氣進入反應堆和高溫反應堆核燃料以及石墨接觸爆發一場石墨大火,這場大夥才是最要命的。


李艾銘


切爾諾貝利事件是人類歷史上最為嚴重的核事故,也是第一個被國際核事件分級表評為第七級事件的特大事故。

時至今日,切爾諾貝利核事故造成的災難性後果,依然影響著烏克蘭普里皮亞季市及其周邊地區的人民。

那麼是什麼原因造成這麼嚴重的核事故呢?原因很多,就隨便說幾個

1.核反應堆的收容結構不合理為後來的事故埋下了安全隱患,它完全用混凝土製成,實際上應該用鋼筋加固。

2切爾諾貝利核電站爆炸的直接原因是電氣工程實驗管理非常糟糕,工程師錯誤操作是問題的根本原因

因此與其說這次核洩漏是天災,更不如說是人禍。

說句題外話也就是幸虧在蘇聯,要是在日本。呵呵,日本現在能不能存在還兩說呢。


竹林聽雨9809


導致切爾諾貝利核事故發生的原因很多,直接原因運行人員為進行試驗關閉了諸多安全系統(可自動停堆),最終導致了失控。而設計上無安全殼導致放射性物質大量外洩。


核工業愛好者


福島是天災?切爾諾貝利人災吧?科技不發達吧!天災人渦難避免?為遇難者默哀吧?


俞越峰


主要原因:1、石墨堆設計缺陷;2、操作人員水平、經驗不夠,不到30歲的資深工程師……


十步噴一人


據報,一個操作小失誤,護體沒穩住,超過了臨界值,一瞬間的事。


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