好好的核電站,怎麼就炸了?車諾比到底是怎麼一回事?

2020-10-09 科學信仰


核電是一種清潔且高效的能源,其發電能力是其它發電方式所不可比擬的,如果沒有核電的存在,現在的空氣汙染肯定會更加嚴重。

不過,核電也具有兩面性,一方面是清潔且高效,而另一方面則是存在著可怕的核洩漏風險。那麼核電到底安不安全,應不應該使用呢?我們只需要回顧人類歷史上最嚴重的一次核洩漏事故,也就是車諾比核電站事故,我們自然就能夠找到這個問題的答案,讓我們來看一看,一座好好的核電站,怎麼就炸了。

首先我們先要從核電的基本原理說起,核電實際上就是核裂變,而核裂變的本質則是一種鏈式反應。當鈾235吸收了一個中子之後,便會發生裂變,裂變後會產生質量虧損,虧損的質量則會以能量的方式被釋放出來,在釋放能量的同時,裂變後的鈾235還會同時釋放出三個中子。


鈾235裂變後所釋放出的三個中子又會分別與其它三個鈾235結合,促進其發生裂變,於是牽一髮而動全身,這就是鏈式反應。

鈾235裂變所釋放出的能量是巨大的,而通過鏈式反應更是能夠釋放出海量的能量,這就是核裂變威力巨大的原因,也是原子彈的可怕之處。如此可怕的裂變反應是如何被用於發電的呢?答案就是將其可控化。由鏈式反應的基本原理可知,反應的劇烈程度取決於中子的多少,所以只要控制了中子的數量就能夠控制鏈式反應的劇烈程度,那麼如何控制呢?

簡單一點來講就是在核反應物中插入一種控制棒,這種控制棒具有吸收中子的作用,想要讓反應減弱呢,就將控制棒插入,想要讓反應變得更加劇烈呢,就把控制棒拔出。這就是可控核裂變。


弄清了可控核裂變的基本原因,再來簡單了解一下核能發電的基本原理。

核能發電簡單來講是這樣的,向反應物中注入冷水,冷水經過反應物帶走熱量起到冷卻作用的同時變為熱水,由於溫度極高,熱水的一部分變為水蒸氣,推動渦輪機實現發電,基本上就是這麼個原理。現在我們可以來說說車諾比了,車諾比核電站事故的發生是源於一次斷電保護實驗,為什麼要進行這個實驗呢?

核電站在發電的過程中要不斷向反應物中注入冷水實現循環,如果循環停止了,反應物就會過熱發生融毀。由此可知,一旦發生斷電,水輪機停止工作,冷水無法注入、水循環中止,反應物就將面臨融毀的風險,誘發重大事故,所以核電站有著一套備用的柴油發電系統。但從停電到柴油發電系統啟動卻有著一分鐘的間隔,而這一分鐘是存在風險的,因此必須要想辦法彌補。


如何彌補一分鐘的差距呢?辦法是這樣的,停電後水循環雖然停止了,但反應仍在繼續,水蒸氣仍然在生成並繼續推動渦輪機,於是前蘇聯的科學家們就決定利用殘餘的水蒸氣對渦輪機的推動實現惰性發電來彌補這一分鐘的間隔。

有了理論,還必須要進行實驗,而這個實驗總共進行了四次,前三次都因為這樣那樣的原因而以失敗告終,在進行了充分的準備之後,1986年的4月25日,終於迎來了第四次實驗。從安全的角度考慮,在實驗進行之前必須要先降低反應堆的功率,但這一天出現了一個小插曲,就是依靠車諾比核電站供電的城市基輔自己的一座小型發電站出現了故障,此時如果再降低車諾比核電站的反應堆功率,基輔就面臨著用電癱瘓,於是只得將原本要在白天進行的實驗挪到了晚上。


原本應該由白班工作人員操作的實驗改為了由夜班工作人員來操作,而值守夜班的只有一個剛剛升職上來的代理工程師。

由於操作上的一些問題,當時反應堆出現了毒化現象,簡單講就是反應功率急劇下降,已經達不到實驗要求了,當時的操作人員大多認為應該終止實驗,但這位代理工程師則堅持關閉自動控制系統,手動拔出控制棒來提升功率。一手動就拔多了,比規定的最低數量還多拔了10根。在控制棒拔出之後,功率快速提升,於是實驗開始,在斷電之後,水循環中止,功率急劇提升,溫度迅速升高。

由於此前自動控制已經關閉,所以系統並沒有自動插入控制棒來減緩反應速度,當操作人員發現情況不對,開始手動插入控制棒時,已經來不及了,因為反應用的燃料棒已經因為溫度過高而融化了,這就使得控制棒無法正常插入,接下來就是融毀爆炸、核洩漏,以後的事情我們就都清楚了。車諾比核電站事故可以說是一次眾多巧合加人為因素所導致的重大事故,有很多人應該為這起事故負責,但不能因此而否定「核電」。

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