核能,一种一半是天使一半是恶魔的东西。只有使用、操作得当,它就能为人类提供大量的电力;反之,则毁天灭地!
核反应的原理:将铀235纯度为3%左右的铀棒以一定的间隔固定的反应炉中,并用石墨包裹,由硼做成的控制棒排列在反应炉顶部。当中子撞击原子核时,裂变开始。原子核分裂时会产生两个原子核、二至三个中子以及大量的能量。能量产生的热量会被不断循环的水带走,这样不仅防止反应炉因高温而熔毁,还可以用这股热量让水沸腾,产生蒸汽启动发电机。而中子则会去撞击下一个原子核,继续进行核反应。当中子越来越多时,核反应就会愈加强烈,这时必须插入控制棒来吸收过多的中子,来降低核反应的发生。反之,拔出。
切尔诺贝利核事故的原因:1986年4月25日,4号反应堆计划关闭以作定期的维修和测试,并借此机会来测试反应堆的涡轮发电机能力——检查在电力损失的情况下是否仍有充足的电力供应给反应堆的安全系统(特别是水泵)。切尔诺贝利的反应堆设计有一对柴油发电机作为备用电力供应,但是柴油发电机无法瞬间启动,此时反应堆将使用转动的涡轮作为能量来源,涡轮会和反应堆分离并在自身的惯性下转动。测试为了确定在柴油发电机尚未启动时,涡轮是否能在电力减少阶段仍充足地供应能量给水泵。该类测试早先在其它单位已执行成功(所有安全供应起动),但结果不尽人意(涡轮产生的力量不足以在减少阶段供给水泵动力)。
为了在更安全、更低功率情况下进行测试,操作人员首先断开了反应堆的安全系统,以保证安全系统不会因为实验操作而自动触发。此时,切尔诺贝利的4号反应堆的能量输出从正常功率的3.2千兆瓦特减少至700百万瓦特。但是,由于在实验开始时,反应堆操作人员对能量输出的降低过快,此时实际功率输出降至只有3百万瓦特,生成的裂变产品氙-135增加(该产品会吸引中子)。功率下降的速度虽然已接近安全章程允许的最大值,但操作人员仍选择继续实验。实验决定将功率上升200 百万瓦特。为了克服剩余氙-135对中子的吸收,操作人员从反应堆中拔出了安全章程所规定的控制棒数。在1986年4月26日凌晨1点05分,涡轮发电机推动的水泵启动,水的流量超出了安全规定量。凌晨1点19分,水流量继续增加,由于水也会吸收中子,因此在水流量的进一步增加时,需要手动撤除控制棒以增加中子反应速率,成为了一个极其不稳定的危险操作。当能量输出已经低于规定最小值时,工程师们选择拆除反应堆的控制杆,保留211个控制杆中的6个,来加快反应堆的运行速率。安全章程要求控制杆的最少数量为30个,但自认为经验极其丰富的操作人员深信6个控制杆就够用了。
工程师们认为自己已经重新稳定了反应堆,便在凌晨1点23分04秒开始他们的实际试车实验。反应堆的不稳定状态没有在控制板上显示出来,并且所有工程师们也未意识到危险。此时水泵的电力关闭,水流靠涡轮发电机的惯性推动,流动速率减低。涡轮从反应堆分离,反应器核心的蒸汽量增加。由于在切尔诺贝利的RBMK石墨缓和反应堆特殊设计有一个高正面空系数,因此在水流减缓时,反应堆内对中子吸收的作用减弱使反应堆的功率迅速增加。凌晨1点23分40秒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。另一方面,总工程师Anatoly·Dyatlov,在事故时身在切尔诺贝利核电站,他在他的书上写到:
“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。”
由于控制棒的插入机制(18至20秒的慢速完成)和设计结构,控制棒底端设计有石墨,石墨与水冷却剂接触瞬间导致反应堆反应速率增加,功率的瞬间增大导致管道变形,控制棒在插入管道的三分之一就被卡住了,无法有效地停止反应。凌晨1点23分47秒,反应堆功率急升至30 千兆瓦特,这已达到十倍正常功率值。燃料棒开始熔化,蒸汽压力迅速地增加,导致蒸汽爆炸,反应堆顶部移位并被破坏,冷却剂管道爆裂并将屋顶炸开一个洞。
那一天,切尔诺贝利核电站的四号反应堆上空出现了一道幽蓝色的光束。