第一节 切尔诺贝利核事故到底是咋回事?
本就神秘的切尔诺贝利辐射值超常,公众对它的担忧和恐慌再次被点燃。
2020年4月4日,现属乌克兰的切尔诺贝利核电站禁区周围的森林突发山火,大火不断蔓延并逐渐逼近核电站旧址,离一个放射性废料储存点仅1.6公里,如果大火吞没核反应堆,后果将不堪设想,切尔诺贝利悲剧将重演。乌克兰国家生态监察局代理局长在网络上表示,切尔诺贝利禁区的辐射水平已超出正常水平16倍,从每小时0.14希沃特增加到每小时2.3希沃特,山火的浓烟吹向首都基辅,浓烟中是否含有核辐射,引起人们极大担忧,而此时的基辅正陷入重度污染的天气,空气污染指数更是达到了196,个别地区直接飙升到343,核辐射加上空气污染,有人喊出了“世界末日”的口号。
切尔诺贝利核事故虽已过去三十多年,但从未走远,核电站周边30公里区域仍然是一片“鬼城”。为何被视为史上最严重核事故,背后的真相是天灾还是人祸,是命运的诅咒还是人性的阴暗,每一个普通人都有必要了解它,记住它带给我们的启示和经验,将会受益一生。
切尔诺贝利是一座老城,也是一座新城。古老的切尔诺贝利是一个小乡镇,距离乌克兰首都基辅100公里,因为地处乌克兰和白俄罗斯的交界,临近俄罗斯,历史上曾经多次被波兰、德国、俄罗斯、乌克兰等国争夺,几易其手。1971年,苏联公布其“第九个五年计划”,第一次提出“要将工业生产增长摆到首要位置上来”,能源产业作为工业的支柱产业,开始大干快上,陆续开始了比利比诺、克拉、库尔斯克、圣彼得堡、切尔诺贝利等多处核电站的建设。如果了解一点切尔诺贝利的历史,就会知道普里皮亚季的大名,也就是“鬼城”的主要原型。普里皮亚季在切尔诺贝利市的近郊,是一座完全为了服务核电站而设计建造的新城,它的设计在当时相当超前,是一座现代化的新城市,拥有非常完善的城市系统,苏联为新城的建设投入了巨资,为了服务核电站的施工人员、设计人员、运营人员以及他们的家属和各种警备人员,该城设计有医院、学校、文化宫、体育馆、射击场、游泳馆、商场、餐馆、公园和火车站等设施。在1970年,街上竟然已经设置了自动咖啡机,城市处处是盛开的鲜花,环境优美怡人,让人恋恋不舍。该城的物资配给标准也非常高,乌克兰首都基辅的居民经常乘车前往普里皮亚季,因为很多在首都买不到的东西,在这个北方边境的小城却能够买到。核电站的1号机组在1977年9月26日落成,后来发生事故的切尔诺贝利核电站4号机组,于1983年12月22日并网发电,因此,可以想见,在当时,切尔诺贝利的4号反应堆是非常先进并被寄予厚望的。
对于核电站,在公众的印象中,显得过于神秘,你可能想不到,其实它的原理非常简单。想想三峡大坝,大家应该都不陌生,三峡大坝上有巨大的发电机组,可以提供非常多的电力供应,它的原理很容易明白,就是利用水流的巨大冲击力,推动水轮机做功,再带动发电机快速旋转发出强大的电量。那么烧煤发电的火电厂呢,就是利用通常是煤等作为燃料的物质的燃烧,把水加热生成了蒸汽,蒸汽推动汽轮机做功,再带动发电机旋转发电。所以,水电是利用水流冲击的能量最终带动发电机发电,火电是利用燃烧的煤生成蒸汽最终带动发电机发电,核电站,则是利用放射性物质裂变的能量生成蒸汽最终带动发电机发电。是不是很简单,核电站和火电厂只不过是用的燃料不一样,一个用铀,一个用煤,如果把核电站的铀反应堆拿开,它就跟火电厂没啥区别。
核电站的核心是反应堆,切尔诺贝利出现事故的是4号反应堆,其实就是整个切尔诺贝利核电站的第四个反应堆,每一个反应堆和它配套的汽轮机、发电机等整套设备都布置在一个厂区内,所以切尔诺贝利核电站共有四个可以发电的独立厂区。实际上还有5号和6号厂区当时正在建设中,因为4号的事故停止了。
4号机组的建设时间为1 726天,比之前的2号、3号反应堆少400天左右,比1号反应堆少800多天,为了赶在1983年12月22日前完工并网(这天是苏联的核能产业纪念日),反应堆的安全运行测试只用了100天不到,其他三个反应堆的安全运行测试基本在160~180天之间。
核能的原理是利用中子轰击铀原子,这些铀原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,放出来的中子继续轰击别的原子核接着发生裂变和放出能量。如果用控制棒把这些中子吸收掉,裂变反应就会慢慢趋向停止,核反应堆也就慢慢停堆,控制棒一般用硼、碳化硼、镉、银铟镉等材料做成。这里有一个技术问题,中子一般是以接近光速的速度在飞行,原子核非常小,让这些中子成功地击中铀的原子核是一件小概率事件,这也就是为什么在自然界中,明明有大量的放射性物质存在,但我们却极难见到自然出现的核爆炸,核反应堆所做的事就是增大中子击中铀原子核的概率,并使这种状态保持稳定,那么就可以持续地利用它们发出的能量来发电了。增大击中概率的原理是让这些中子的飞行速度慢下来,这里涉及吸收截面的概念,不需要了解的那么专业,只需知道让中子慢下来,就增加了铀原子核裂变的概率,宏观上就表现在核反应堆的功率在增大。这里要用到慢化剂,4号反应堆的慢化剂是石墨,所以反应堆的堆心布满了石墨,另外一个设计的缺陷是,控制棒的尾端也有石墨,控制棒是用来降低核裂变的速率的,但它的最底端因为有石墨,反而会增加核裂变的速率,这里后面会起到关键的作用。
在1986年4月26日那天,4号反应堆想要做的试验是一个安全压力的试验,假设在电厂受到战争或恐怖侵袭或其他不可抗力因素导致突然停堆时(停堆代表着失去所有电力),此时单靠蒸汽轮机涡轮的惯性转动是否可以为核电站提供一定的电力供应,这种由涡轮惯性转动发出来的电只要能够保持一分钟即可,一分钟后备用的柴油发电机就可以跟上供应电力了,这一分钟的时间是柴油发电机的启动时间,因为它不可能瞬间启动发电。
因此实验的前提是将反应堆的功率由正常商用功率降低到700兆瓦的水平,也就是低功率水平,这需要全厂从上至下各个岗位的密切配合。本来核电厂打算在25日的白天进行这项试验,当日基辅供电管理中心打来电话,以保证生产生活用电为由要求保持4号核电机组的电力供应,在核电厂管理层讨论后做出了冒险的决定:将试验延期到夜间进行,由于意见的不统一和试验时间的特殊,夜晚的值班人员显然没有白天的那么多、那么经验丰富。切尔诺贝利核电站4号反应堆是沸水堆(Boiling Water Reactor),这种堆型的一个特点是低功率下不稳定、较难操控,应当尽量避免长时间处于低功率下,问题果然出现了。
4号机组的热功率在操作人员的操控下降到了720兆瓦,过了一会儿,机组热功率降为500兆瓦,操作人员将控制系统切换到“低功率自动运行模式”,但反应堆的热功率一下子降低到了30兆瓦的水平,差不多要彻底停机了。那么彻底停机是不是不需要那么紧张呢,不是的,核反应堆不同于普通的锅炉,它的启停需要一定的时间,受制于各种物质反应条件的限制,往往需要十几个小时,此外还需要考虑电网端的负载限制,所以核反应堆的启动和停堆是需要向核安全管理部门申请批准才可以执行的。当机组热功率一下子降低到30兆瓦的水平时,操作人员有些盲目自信,并且违反正常的操作规程,他们决定继续进行试验,继续试验就需要将反应堆从30兆瓦提升回700兆瓦的低功率水平。控制人员这时又做出了一个错误的决定,将控制棒不断地拔出,控制棒插在反应堆里吸收中子会降低核反应的概率,当控制棒逐渐被拔出来,核反应也就不断地增强,最后,211根控制棒被拔出了205根,只留下了6根插在里面,而操作规程明确规定插在堆芯里面的控制棒绝不能少于30根。试验开始后,控制人员已经断开了反应堆的安全系统,以保证试验顺利进行,不会因为安全系统的自动保护操作而中断。当反应堆热功率降到极低、控制棒被拔出、安全系统被人为断开,此时的反应堆无疑就像一个随时会爆的核炸弹。
控制人员期望通过拔出控制棒使机组热功率回升到700兆瓦,但这时反应堆陷入了氙中毒。简单说就是,核反应的过程中会持续产生一种元素氙-135,这种元素吸收中子的能力强,它吸收了中子就使得反应堆促进核裂变的中子减少了,反应堆的裂变反应就越来越弱。氙-135不稳定,不断地产生不断地消失,好像下雨,当火势比较旺的时候,天上下点小雨是浇不灭大火的,但当火势比较弱时,一点小雨就足以浇灭火苗。反应堆在30兆瓦的水平产生和积存了大量的氙,使反应堆中毒,控制人员不论怎样拔出控制棒,都只能让反应堆的功率提升到200兆瓦,不能再继续提高。
控制人员这时终于意识到了危险,反应堆已处于无法控制状态,反应堆功率开始暴增,操作人员按下了命令“紧急停堆”的AZ-5(“迅速紧急防御5”)按钮—所有控制棒准备重新插入反应堆中。但由于前面讲到的设计缺陷,控制棒底端的石墨能够增加核裂变反应,在控制棒插入的过程中,不仅没有降低反应堆的核裂变反应,反而迅速增强了反应性,反应堆功率急升到了33.000兆瓦(正常功率值的十倍)。核反应的暴增,使得堆芯温度迅速升高,控制棒开始熔化,控制棒在插入三分之一的时候因为管道变形就再也插不下去了,蒸汽压力迅速增加导致了蒸汽爆炸,堆芯发生了两次爆炸,屋顶被炸开,放射性物质飞射进入大气中,氧气的进入与极端高温的反应堆燃料和石墨慢化剂结合,引起了石墨火,火灾又助长了放射性物质在空气中的传播。
这里又涉及该款反应堆的一个设计缺陷,它没有作为放射性污染物屏障的安全壳,由于反应堆的体积巨大,考虑到成本因素,没有安全壳的包容,发生爆炸后放射性污染物得以直接进入周围环境中。
截至2006年,官方通报的统计数据为共死亡4 000多人,但绿色和平组织的数据为死亡约9.3万人、致癌约27万人。
这次核事故的受灾面积非常大,大到何种程度呢,翻开地图你会发现,核辐射的阴云差不多笼罩了半个地球。切尔诺贝利核电站在乌克兰靠近白俄罗斯边境的地方,距离乌克兰首都基辅110公里,距离白俄罗斯首都明斯克330公里,距离俄罗斯边境150公里,处于一个三国交界的地方,这使得受到核辐射伤害最严重的也是这三国,另外核辐射的污染影响了整个欧洲,也影响了亚洲的大部分,基于国家发展水平的差异,核辐射尘埃极有可能飘过了全球绝大部分地方,但并没有被严密记录。有记录的受到核辐射尘埃影响的国家,除了以上三国还包括: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、斯洛文尼亚、波兰、瑞士、德国、意大利、爱尔兰、法国(包含科西嘉)和英国。
切尔诺贝利核爆炸带来了深重的灾难,随着科学的发展和普通民众关于核辐射常识的认知增强,在整个社会形成一种核安全文化。人人了解核安全,人人参与核安全,才能避免核事故,并受益于核能带给人类的巨大能量。
实际上苏联政府对切尔诺贝利核事故的反应是相对迅速的,虽然以现在的核应急预案来对比,有一些地方需要改进,但反应的速度和强度是值得肯定的。
1986年4月26日凌晨1点23分切尔诺贝利核电站4号反应堆爆炸,凌晨5点苏联部长会议主席雷日科夫收到了时任能源部长马约列次报告出现事故的消息。上午11点,当局成立应急临时委员会,这个委员会包括了相关领域的院士、中央政治局委员、军事统帅以及16个国家部委的部长副部长等。下午4点,应急临时委员会的委员们乘机飞向乌克兰首都基辅,基辅距事发地110公里。晚上8点,应急临时委员会抵达切尔诺贝利,接管了事故的现场处理指挥权力,这个委员会一直在切尔诺贝利办公直到事故稳定下来后的当年9月份。在26日当晚应急临时委员会到达切尔诺贝利后,根据上报的现场辐射数据做出了撤离决定,普里皮亚季市的全部市民被全部撤离。
第二天4月27日清晨6点,苏联的核防护部队携带专业的洗消器材进驻现场进行专业的救援处理和洗消作业,以及反应堆爆炸的建筑碎屑的清理工作。上午11点,政府组织了一千多辆大巴和专门的火车来执行公众的撤离任务,下午3点整个普里皮亚季城的百姓已经全部撤离完毕,撤走了五万多人。
至5月2日,切尔诺贝利爆炸的堆芯的核反应已经在部队官兵的巨大努力下转为安全,明火已全部扑灭,半径三十公里内的老百姓已经全部撤离,总撤离人数达到十三万五千人,应急委员会开始处理堆芯熔融物下沉可能污染地下水的问题。
前面介绍了苏联政府应对事故时的反应,努力不应被遗忘,在战胜灾难的过程中,英雄的苏联“清理人”应当被后人铭记。确切地说应当是“辐射清理人”,因为切尔诺贝利核电站事故出现了这个特定的称呼,希望以后这样的工作能用机器人代替。苏联一共派遣了三十万到六十万人处理切尔诺贝利堆芯周围三十公里内的辐射善后问题,包括对融毁反应堆核心的炸毁建筑物清理、反应堆灭火封存、撤离居民、处置禁区内动植物、对大部分地区土壤植被的翻铲替换等工作,总而言之,就是清理所有的放射性物品。依据俄罗斯的统计,约有五十多万人参与核污染的清理工作,这些人有军人、有百姓,各行各业,在国家危难之时响应征召前来,他们当中受伤害最严重的要数负责核电站复原和整理的人员,这些无名英雄大多受到了各种超剂量的核辐射,因各种放射性病或放射性导致的各类疾病而死亡。接近核电站进行清理工作的清理人,需要身着重达几十公斤的特质衬铅服装,在严格控制的时间内进入有巨大辐射剂量的地区进行清理,轮番上阵,在一些核心区域,每个人的工作时间限制在45秒以下,但即使这样,这些看不见摸不着的辐射射线依然对他们构成了巨大的伤害,面对辐射人类就像面对着无形杀手,四面八方都是敌人,却无法找准防护的方向,人类的防护装备再优秀,面对它们也像假面,随时有被揭穿的可能,防不胜防。
从发生爆炸后靠近核电站进行灭火的消防员,到向反应堆扔下几千吨硼砂的飞机驾驶员,再到为了阻断侵染地下水挖地道的矿工,还有后来清理核污染物质的平民,他们为核电站的事故处理做出了巨大的历史贡献,是他们拯救了整个欧洲,是他们保护了半个地球免受核辐射荼毒,没有他们的无畏付出,整个欧洲将不能再住人。这些切尔诺贝利的英雄,许多年过去,许多人还正在遭受着辐射后遗症带来的痛苦,在这个人类命运共同体的时代,是时候展现对他们的关怀和关注,对清理人的关心是将来人类不受更多痛苦的前提。
由于距离切尔诺贝利核电站较近,乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯三国人民的感受最为深刻,在这三国,三十多年过去了,任何与核有关的话题仍然会触动民众敏感的神经,核电是否应该继续发展,它的安全应该如何保障,还有危害性很大的核废料如何处理等,一直是民众包括政府想要搞清楚的问题。相比中国,这三个国家的人恐核的情绪更为浓烈,想要在这三个国家通过有关核电站的建设项目或者其他核设施的建设项目常常会引起公众强烈的反对声浪。在他们眼中,一个切尔诺贝利已经够了,何况切尔诺贝利的石棺底下还埋着将近200吨的核原料,根本就是一个延时引爆的地雷。心有余悸的俄罗斯、白俄罗斯、乌克兰人民感慨核泄漏事故将深深刻在他们的记忆中,永远无法抹去,任何新的核事故将会带来彻底的毁灭。
关于民众对核安全知识的匮乏,还需要了解当时的一个事实,明明是核爆炸,可是除了亲眼见到它爆炸的人感到恐怖外,很多人并不觉得有什么特别,很多人很平静,很多人相信核爆炸只是一瞬间的事,好比普通的炸弹在几公里外炸了,对他们的生活似乎并不应该有什么大的影响。这一切源于对核辐射知识的不了解,那时的人并不知道射线的概念,他们实在想不通看不见摸不着的东西怎么就对他们产生了致命伤害。
也许我们能从切尔诺贝利核事故得到最大的一个教训就是,让每个人都了解核辐射知识,让每个人都了解核安全常识,让每个人都了解辐射防护方法,才能防止类似事故再次发生,才能在灾难发生时保护好自己和自己的家人。