2009年9月24日星期四

1986年4月26日切尔诺贝利核事故的详情

在前苏联的能源设想中,为节约有机燃料的消耗,建立核工业联合企业,已制订了计划。

此计划采用三种堆型:建造中的核电站以VVER(轻水反应堆)、RBMK(大功率压力管式石墨反应堆)和FBR(快中子增殖反应)型反应堆为基础。前两种为轻水冷却热中子反应堆,现在它们是俄罗斯核电站的基础,其装机容量达到3000万千瓦。第三种为钠冷堆,目的是对已采取的技术方案和逐渐发展以钚为基础的闭路燃料循环做工业规模的实验。

按照苏联1986~1990年和直到2000年的经济和社会发展的主要方向,规定了高速发展前苏联的欧洲部分领土和乌拉尔地区的核动力。1985年,核电站的发电量为1700亿度,而到2000年将增加5~7倍。

这样的发展意味着将要由核电站提供欧洲部分的能源系统需求的额外容量,从而缓解对新的烧有机燃料热电站的需求。

位于前苏联欧洲部分的白俄罗斯-乌克兰森林区,建造了一座切尔诺贝利核电站。其周围地区的特点原是一个低人口密度地带,直到开始建核电站时,这个地区的平均人口密度大约是每平方公里70人。1986年初,在距核电站30公里半径的区域内总人口已有大约100000人,其中49000人居住在普里皮亚特镇,该镇位于距电站3公里的安全区以西。有12500人居住在地区中心切尔诺贝利村,该村位于电站东南15公里处。

切尔诺贝利核电站的第一期工程(两座RBMK-1000型反应堆机组)是在1970年至1977年间建造的,第二期工程两座核电机组的建设任务于1983年末在同一个厂区完成并投入运行。

作者:约克公爵 回复日期:2006-4-27 01:29:56
让我们再回忆一下事故当天的情况吧
1986年4月25~26日晚,在第一期和第二期建造工程厂区有值班操作人员和各部门的工人以及维护人员176人。此外,在第三期建筑工程现场还有268名夜班建筑工和安装人员。

为了检修,计划于1986年4月25日第四号机组停闭反应堆,此时堆芯共有1659根具有平均燃耗为10.3兆瓦日/公斤的燃料组件,一根附加吸收器和一条未装料的孔道,大部分燃料组件(75%)是首次装料时装入的燃料棒束,其燃耗为12~15兆瓦日/公斤。

在停堆之前,以某种规定的方式在8号透平发电机上要进行一些试验,即在停机过程中靠透平机来满足厂用电。这些试验的目的,就是试验在断电期间透平发电机切断蒸汽供应情况下动用转子的动能维持机组本身用电的可能性。这种方式实际上被用于反应堆快速应急堆芯冷却系统(ECCS)的一个子系统。如果以一种适当的方式并具有必要的附加安全措施来进行操作的话,这样的一种试验在运行中的电站上做不应被禁止。

类似的试验在切尔诺贝利电站已经进行过。那时发现,在停机过程中,在耗尽转子动能之前发电机的母线电压早就跌落。在1986年4月25日计划进行的试验中,实验人员打算利用特制的发电机磁场调节器来解决上述问题。可是,在切尔诺贝利核电站8号透平发电机上进行试验的工作大纲,以及根据这个大纲要进行的这些试验都没有认真准备,也没有得到必要的审批。

作者:约克公爵 回复日期:2006-4-27 01:37:22
这个充满官僚气息的鸟大纲马上就要名垂青史了:)该工作大纲质量低劣,以一种纯粹公式化的方式草拟了有关安全措施的部分(该安全部分仅仅说到:在这些试验当中执行所有接通开关的操作都要有值班长准许,在紧急事件情况下工作人员按电站规程行动,以及在这些试验开始之前总指挥--一位电气工程师,不是反应堆装置专家--应该通知值班的安全工作人员)。除此之外,该大纲基本上没有附加安全措施的规定,大纲要求关掉反应堆应急堆芯冷却系统。这就意味着在整个试验过程里,即大约4个小时,实质上降低了反应堆的安全性。

在这些试验中,由于安全性问题没有得到必要的重视,有关工作人员对试验没有做充分地准备并且不知道可能的危险性,加之,如下面所述那样,工作人员违反大纲要求,从而为这次事故的发生埋下了隐患。

4月25日l点整,工作人员开始降低反应堆功率(直到此时,该机组一直在额定参数下运行),在13点05分反应堆功率为1600兆瓦(热)时切除了7号透平发电机。机组本身所需要的电源(4台主循环泵,两台给水泵,和其他设备)被切换到8号透平发电机的母线上。

在14点,按照试验大纲的要求,把反应堆应急堆芯冷却系统与强迫循环回路(MFCC)断开。可是,由于控制室的要求推迟了机组从运行状态下解列。于是,在违反运行规程的情况下,该机组在应急冷却系统断开后继续运行。

在23点10分又开始降功率。试验大纲中,发电机惰走的同时供给机组需要的电源应在堆功率为700~1000兆瓦(热)下完成。可是,当局部的自动调节系统切除时(这是按低功率下运行规程应该做的),操作人员未能足够迅速地消除因自动调节棒的测量部件所引起的不平衡。结果,功率降到30兆瓦(热)以下。

4月26日1点,操作人员才成功地使功率稳定在200兆瓦(热)。同时,因为反应堆“中毒”仍在继续,进一步提高功率受到了小的可利用的过剩反应性的限制。所以,当时的功率实际上低于规定要求的水平。
79年美国三里岛事故曾经引起全世界的关注,那次山姆大叔们在最危急的时刻启动了应急堆芯冷却系统才没酿成大祸,而这次切电站的工作人员自去保护可谓是天夺其魄.下文可以看到:正是一连串不尊重科学的蛮干行为,简单粗暴的工作态度导致了无可挽回的灾难......
尽管出现了n多不妙的苗头,可负责人们仍决定继续做这些试验。在1点3分和1点7分,各有一台备用主循环泵从各自一侧投入,与已经运行的6台泵一起工作。所以当完成该实验时,在MFCC系统上仍有四台泵运行用来安全冷却堆芯。

由于反应堆功率以及因此导致的堆芯和MFCC系统的水阻显著地低于所预计的水平,又由于8台主循环泵都投入运行,所以,通过堆芯的冷却剂流量高达56000~58000立方米/小时,个别单泵流量达8000立方米/小时。这违反了运行规程。这种运行方式是被禁止的,因为泵有被损坏的危险和在主冷却剂管道内形成空泡,从而能发生机械振动。备用主循环泵投入并导致通过堆芯的流量增加,从而引起蒸汽量的减少,汽鼓汽水分离器内的蒸汽压力下降,并引起反应堆其他参数的改变。操作人员企图维持系统的主要参数,但是,他们这样做并未完全成功。在这一阶段,他们看到在汽鼓汽水分离器蒸汽压力下降大约0.5~0.6兆帕,而且水位低于紧急事故标记。在这种情况下,为了避免停堆,操作人员切除与这些参数有关的事故保护系统。

同时,反应性缓慢地持续下降。l点23分30秒,操作人员从快速反应性计算程序输出看到,现在过剩反应性已达到要求立即停堆的水平。然而,工作人员并没有据此停堆,而是开始做各种实验。

1点23分4秒第8号透平发电机组事故调节阀关闭。反应堆在大约200兆瓦(热)功率下继续运行。与两台透平发电机组(7号透平发电机组于4月25日关闭)的应急调节阀关闭有关的事故保护系统都被解除,以便若第一次试验失败的话,将有可能再重新做该实验。这意味着更进一步违反实验大纲,大纲没有规定在关闭2台透平发电机组时切除反应堆事故保护系统。
实验开始之后不久反应堆功率开始缓慢上升。

在1点23分40秒,机组值班长发出命令按动AZ-5按钮。这将把所有的控制棒和快速停堆棒插入堆芯。这些棒下落几秒钟后,感到有一些振动,而且,操作人员看到吸收棒没有完全插到堆芯底部停止位置。接着他切断了棒控制系统的伺服机驱动机构的电源,以便使吸收棒靠本身自重坠入堆芯......

四次致命失误后,形势彻底无法挽回.4号机组惨烈的崩溃了!
根据4号机组外侧的目击者们提供的情况,在1点24分接连发生两次爆炸。燃着物的团块和火星冲入反应堆上空,其中有些落到汽轮机厂房屋顶并开始着火。

在反应堆的设计中,考虑到了它的各种物理特性,并都提供了保护措施,以防止事故的发生,这包括技术方面的保护措施,也有为核电站实施工艺过程而制定的各种指令和严格的规则。

在准备和进行透平发电机的实验过程中,透平机在惰走过程中要满足该机组电力的需求,而操作人员却切断了各种重要的保护系统,违反了有关技术工艺过程安全管理上最重要的操作规程的规定。

操作人员的主要目的,是想尽可能迅速地完成这项实验。没有充分准备,进行实验时不遵守规程,也没有遵守那个本来就不可靠的鸟大纲本身的要求,对反应堆装置操作的轻率,证明操作人员没有掌握有关反应堆工艺过程的专门知识,也不懂得反应堆潜在的危险。
反应堆设施的设计者,并没有提供能够防止第4号机组这样的事故(即切除技术保护系统和接连几次违反操作规程的事故)情况下的安全保护系统,因为他们认为发生这样的组合事件是极不可能的。

最初认为,事故的主要原因应该是该机组操作人员违背操作指令和规程的这些极不可能事件的组合所造成的。当时由于操作人员使反应堆进入不可控状态,在这种状态下空泡正反应性系数能使反应堆功率骤增。这种事故被认为是灾难性的。

但事隔7年后,1993年4月17日俄罗斯《消息报》发表了一篇文章,暴露了切尔诺贝利核事故发生的更深层次的原因。

其实,切尔诺贝利爆炸事故发生前半年,库尔斯克核电站的一位专家就曾给国家核能监督委员会写信,警告说这种大功率管道反应堆(即RBMK反应堆)危险,但主管的“中央”领导没有认真对待这一警告。

事故发生后,1986年5月1日,核电站安全监督小组组长向原子能研究所所长提出一个看法:“事故并非操作人员违章所致,而是因为反应区结构有缺陷,以及对反应区内的中子物理过程认识错误。” 1986年5月9日,他向国家领导人写了同样的信。

1986年7月2日和17日,在某院士主持下举行了跨部门科技会议,讨论了反应堆的结构缺陷。

尽管如此,他们还是把事故原因归结为操作上的错误,这一说法就成为前苏联政府在国际上,首先是在国际原子能机构中所持的正式立场。
在向国际原子能机构提出报告之后,批准了原子能研究所的报告,其中指出:“事故的主要原因是机组操作人员违章所致,但也暴露了反应堆和安全芯棒的结构缺陷。”可是在前苏联向国际原子能机构,1986年和1987年召开的专家会议提出的报告中却删去了后面一句。

他们不得不这样干。因为大功率管道反应堆的设计者就是某院士本人,他不愿作出对自己不利的事。

1989年5月17日一篇文章谈到,国家创造发明鉴定试验室代理主任所谈的RBMK-1000未能登记注册的原因。当时提出申报材料的是该院士等人。代理主任说:“1967年提出的第一批申报材料是一页半打字纸,没有公式和图纸。我把材料退还给申报人,并请他们作补充。”

1967年10月6日他们交来了修改后的申报材料,但未等到作出审定,某院士就在1967年11月10日的《真理报》上宣称:“苏联科学家已解决了提高核电站安全性的问题。”随后,这种反应堆在未得到承认的情况下,就开始使用了,结果常出事故。

切尔诺贝利核电站共发生事故104次,其中只有35次是由于操作不当。

在此不准备就技术结构的缺陷作讨论,从上面所暴露的问题已经可以看出,前苏联的科技管理体制中是存在问题的,切尔诺贝利核事故的发生可能要从科技工程立项决策的不民主,不科学,设计者自己鉴定验收工程,监督制约机制不力等方面寻找原因......但不管事故责任怎么算,核子灾难已经席卷了三国交界区
地狱之劫火开始焚烧整个厂区,前三号机组在漫天奔流的熔融石墨雨中也随时有爆炸的危险.整个事件中最为感人也是最为惨烈的阶段开始了......
反应堆爆炸使得加热到高温的堆芯碎片散落到反应堆的一些工作间、除气站和汽轮发电机厂房的屋顶上,于是引起了30多处着火。由于部分油管破裂,电缆短路和来自反应堆的强烈热辐射在汽轮机厂房7号汽轮发电机上方、被毁反应堆大厅和与大厅相连的部分厂房起了火。

1时30分核电站的值班消防队从普里皮亚特和切尔诺贝利城赶到事故现场。

由于汽轮机厂房屋顶的火势直接威胁到相邻的3号机组并且火势愈来愈猛,必须采取紧急措施全力以赴来扑灭这一重要地区的火灾。与此同时,利用灭火器和室内固定消火栓组织了室内灭火。到2时10分扑灭了汽轮厂房屋顶的火,2时30分反应堆厂房顶部的火基本上被扑灭。到凌晨5时大火被扑灭了。

由于一些熔化了的燃料可能集中达到临界质量并发生自持链式反应,对这种潜在的危险必须采取防患措施。此外,被毁反应堆一直在向周围环境排放大量放射性。

事故初期,曾试图利用应急辅助给水泵向堆芯空间供水以降低反应堆坑室内的温度和防止石墨砌体着火。这一尝试无济于事。

随即不得不以两种决策中选取一种:一是用吸热剂和过滤材料覆盖反应堆堆体,把事故限制在就地;二是允许堆本体的燃烧过程直到自行结束。

因为第二方案有可能使大面积受到放射性污染并危及大城市居民的健康,所以采纳了第一种方案。

而一切行动,都将在致死剂量上万倍的恶劣环境下艰难进行.所以对于整装待发的损管人员来说,不论行动成败,他们必死无疑!
一个专家组开始用军用直升飞机投放硼、白云石、砂子、粘土、铅的混合物来覆盖毁坏的反应堆。从4月27日到5月10日共投放了约5000吨的材料,这主要是在4月28日到5月2日进行的。结果反应堆被一层能强吸收气溶胶粒子的松散材料所掩盖。到5月6日放射性排放不再成为一个主要问题,已降到每昼夜几百居里,到该月底降到每昼夜几十居里。

同时解决了降低燃料温度的问题。为了降低温度和减少氧的浓度,由压缩机站用鼓风机往反应堆坑室下的空间送氮气。

到5月6日反应堆坑室的温度停止上升,并随着通过堆芯到大气的恒定的空气对流而开始下降。

由于担心可能性极小的反应堆下部建筑结构的破坏(虽然在事故的最初几天它是可能的),采取了双保险性措施,决定了在厂房基础下部修建人工的排热通道。所采取的方法是在混凝土板上设置一个平板式热交换器,至6月底计划工作已告结束。

尽管在导致事故的一系列乖张行为中实验人员表现出难以置信的颟顸盲目,但英勇的损管人员所采取的决定基本上是正确的,他们在这场灾难中重新赢得了用生命换取的荣誉.

从5月底以来,形势大体上已经稳定。反应堆厂房被毁灭部分处于稳定状态。经过短寿命同位素的衰变之后,辐射情况有所改善。从机组进入大气的放射性量主要取决于风带走的气溶胶数量。放射性排放量每昼夜不超过几十居里。反应堆坑室的温度状态已经稳定。反应堆各部分的最高温度为几百摄氏度,并以每昼夜大约0.5℃的速率稳定下降。反应堆室底部混凝土板是完整的,并且大部分(~96%)的燃料局限在反应堆内和蒸汽-水管线及下部水管的隔室内。为消除核电站事故后果,对厂区实行去污,前苏政府对30公里地区也采取了一系列污染清除措施,并且对4号机组进行长期埋藏的构筑物工程。

事故时放射性物质扩散到厂区上空,落到汽轮机厂房和3号机组的屋顶上、管道的金属支架上。

由于放射性气溶胶和放射性尘埃的降落,整个厂区以及建筑物墙壁、屋顶也受到了严重污染。而厂区沾污是极不均匀的。

为了减少放射性尘埃从厂区扩散,汽轮机厂房屋顶、路肩用不同聚合物的溶液进行了处理。这些措施便于将土壤表层固定并防止尘埃扬起。

事故后,人们对大气和地面放射性污染的主要特点和可能的生态学后果还作了估计。

从事故的最初几天,对30公里以内和30公里范围以外的水体底部沉积物中放射性同位素含量组织了监测。

在切尔诺贝利核电站冷却水池中,可以观察到对其生态系统有明显的辐射影响。

在切尔诺贝利电站周围30公里区域以内,在个别受放射性沉降灰污染的区段,观测到相当高的辐射水平。这可以明显地改变这些区段对辐射敏感作物的状态。但在30公里以外地区的辐射水平,当时似乎未发现对植物和动物群体有明显的影响。

根据对切尔诺贝利核电站周围30公里地区环境放射性污染情况的分析,对城市、乡镇、村庄和其他居民点居民的实际的、预期的辐照剂量作了评价。根据这些评价,采取了疏散普里皮亚特和其他一些居民的决策。疏散人口计135,000人。

采取这些和其他措施的结果,可以使居民受到的照射不超过规定的极限。同时,还估计了居民在最近几十年内的辐射效应。
短期影响消除了,但长期的后果却要用历史来承担......

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