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HBO五集迷你劇《切爾諾貝利》，豆瓣評分高達(dá)9.6分，是根據(jù)前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的事故改編的。該劇從播出到完結(jié)至今，引發(fā)了廣泛關(guān)注與討論。

本劇帶領(lǐng)觀眾深入這個(gè)人類歷史上最慘烈的核事故現(xiàn)場，通俗易懂地解釋了復(fù)雜的核科學(xué)，但也把觀眾們嚇得不輕。在日本福島核事故的八年后，“核事故與核輻射”又一次成為熱門話題。

核安全也是中國國家安全的重要組成部分，理應(yīng)得到公眾的關(guān)注。今天，讓我們跟隨中核集團(tuán)中國核電工程有限公司核電安全研究中心工程師的視角，一起深入了解核科學(xué)：

作為一名長期奮戰(zhàn)在一線的核電工程師，突然發(fā)現(xiàn)自己的專業(yè)知識(shí)成為大眾關(guān)心的話題。在一集不落刷完劇后，今天想從一名核電從業(yè)者與核電安全研究者的角度和大家聊聊切爾諾貝利到底發(fā)生了什么，類似事故會(huì)不會(huì)在我國發(fā)生↓

△華龍一號(hào)與切爾諾貝利的隔空對話

具有諷刺意味的是，這起迄今為止世界上最嚴(yán)重的核事故起源于一次旨在提高安全性的試驗(yàn)。該試驗(yàn)意在檢驗(yàn)失去廠外電源的情況下，汽輪機(jī)依靠慣性自轉(zhuǎn)繼續(xù)發(fā)電，在備用的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)投入前可以提供多久的電力。

試驗(yàn)計(jì)劃在電廠25%功率下進(jìn)行，但在由100%功率向25%功率降功率過程中，由于操作失誤，導(dǎo)致功率掉到了1%，幾乎停堆，這是事故的第一張多米諾骨牌。功率突然降低會(huì)導(dǎo)致阻礙核反應(yīng)的物質(zhì)濃度升高，正常情況下，只有待這些產(chǎn)物被消耗后才能正常提升功率。

但是，為了盡快提升功率以達(dá)到試驗(yàn)要求，操作員違反了操作規(guī)程，抽出了幾乎所有可以控制核反應(yīng)速度的控制棒，當(dāng)控制棒插入，核反應(yīng)速率就會(huì)降低，功率降低；反之，當(dāng)控制棒抽出，核反應(yīng)速率升高，功率提升。如果反應(yīng)堆是車，控制棒就既是油門又是剎車。

當(dāng)操縱員“踩滿油門違規(guī)駕駛”時(shí)，功率一段時(shí)間后開始迅速提高，面對“超速時(shí)可能車毀人亡的風(fēng)險(xiǎn)”，操縱員又按下了緊急停堆的按鈕，試圖插入所有控制棒進(jìn)行“剎車”。

不幸的是，切爾諾貝利所采用的RBMK式反應(yīng)堆的控制棒設(shè)計(jì)有問題，在控制棒最初一段插入時(shí)仍會(huì)提升功率而不是降低，相當(dāng)于剎車的第一腳仍是給油門，在反應(yīng)堆已經(jīng)“滿油門”狀態(tài)時(shí)，這一腳“油”的威力，不亞于速度與激情中的NO₂噴射器，在4秒鐘內(nèi)，功率上升到滿功率的100倍，直接“爆缸”。

△控制棒落下，反而增加了反應(yīng)性

燃燒的石墨塊和燃料向上直噴，濃煙沖向 1000 米高空，火花濺落在反應(yīng)堆廠房、汽輪機(jī)廠房等建筑物屋頂。同時(shí)由于油管損毀、電纜短路及強(qiáng)輻射，廠區(qū)內(nèi)總共引發(fā)了幾十處火災(zāi)。

但是，切爾諾貝利的爆炸仍非核爆炸。即核反應(yīng)堆永遠(yuǎn)不可能發(fā)生核爆炸，這也是劇里的官員們一直不相信反應(yīng)堆爆炸的原因。這是由于核電廠所有的核燃料是低濃縮鈾，而原子彈需要的則是高濃縮鈾，就像高度白酒可以燃燒，啤酒不會(huì)燃燒一樣，低濃縮鈾的核燃料從物理上就可以確認(rèn)永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生核爆炸。

那么，切爾諾貝利的爆炸到底是怎么發(fā)生的呢？

這是由于反應(yīng)堆功率瞬間提升造成流過反應(yīng)堆芯的水瞬間被加熱汽化，蒸汽壓力驟升超過管道可以承受的壓力所造成的蒸汽爆炸。劇中的“切爾諾貝利三勇士”的行動(dòng)就是為了排出地下室的水，防止高溫的堆芯熔融物與地下水池接觸發(fā)生蒸汽爆炸。（雖然目前科學(xué)界對蘇聯(lián)科學(xué)家計(jì)算的結(jié)果存在爭議，但無論怎樣都不可否認(rèn)“三勇士”的犧牲自我、拯救他人的偉大精神?。?/span>

事故后經(jīng)過多年的調(diào)查分析，估算爆炸當(dāng)量約為100噸至300噸TNT，并不算很劇烈，遠(yuǎn)小于核武器萬噸級的當(dāng)量。但爆炸所產(chǎn)生的壓力和能量足以推動(dòng)混凝土頂蓋、掀翻換料機(jī)、沖破反應(yīng)堆廠房的屋頂，形成高壓煙羽上升至高空。風(fēng)將放射性產(chǎn)物吹到鄰近國家，造成污染。

答案是否定的。

我國的核電廠大都采用壓水堆，而切爾諾貝利事故中的RBMK堆型是采用石墨作為慢化劑的壓力管式沸水堆，兩者在設(shè)計(jì)上存在巨大差異。這種差異簡單來說，類似于獨(dú)輪車和四驅(qū)越野車的區(qū)別。

壓水堆的采用“負(fù)反饋”機(jī)制的設(shè)計(jì)，即在功率增長的情況下，隨著反應(yīng)堆溫度的升高，會(huì)引入負(fù)的反應(yīng)性，自發(fā)的降低反應(yīng)速率，不會(huì)發(fā)生功率暴增的情況。壓水堆像一輛自帶穩(wěn)定系統(tǒng)的汽車，在速度突然增加的情況下，剎車會(huì)自動(dòng)被踩下。

△壓水堆

而RBMK堆芯由于設(shè)計(jì)問題，存在“正反饋”。功率增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致堆芯內(nèi)水的汽化增多，水的減少會(huì)導(dǎo)致核反應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步提升功率。

△RBMK

因此，RBMK反應(yīng)堆就像一輛會(huì)自動(dòng)加速的汽車，在速度突然增加的情況下，油門反而會(huì)自動(dòng)增大。因此RBMK堆芯的運(yùn)行需要特別小心，一只腳要始終放在剎車上?？杀氖?，切爾諾貝利事故中，所有“剎車”措施全部被取消了?？梢姡?span style="font-family: "Microsoft YaHei UI"; color: #000000;">壓水堆在設(shè)計(jì)上具有固有安全性。

故壓水堆不會(huì)發(fā)生堆芯爆炸的事故，只可能發(fā)生因冷卻不足而導(dǎo)致的堆芯熔化事故（如美國三里島事故）。需要特別指出的是，三里島事故導(dǎo)致的放射性泄漏遠(yuǎn)小于切爾諾貝利核事故，其中最關(guān)鍵的原因就是RBMK堆型沒有完整的安全殼，而三里島的壓水堆有個(gè)巨大且結(jié)實(shí)的安全殼，將整個(gè)反應(yīng)堆用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的巨大“殼體”完全罩住，即使發(fā)生堆芯熔化，放射性物質(zhì)也會(huì)包容在“殼體”內(nèi)部，不會(huì)釋放到環(huán)境中。

三里島的核電廠屬于二代壓水堆，而我國已建的壓水堆核電廠大都為二代+三代壓水堆，相比第二代核電廠，安全性又得到了極大的提升，堆芯熔化事故發(fā)生的可能性已經(jīng)大幅降低。除采用更為先進(jìn)的雙層安全殼外，通過一系列設(shè)計(jì)改進(jìn)，如：非能動(dòng)熱量導(dǎo)出系統(tǒng)、主管道破前漏（LBB）技術(shù)、設(shè)備抗震能力提升、高可靠性的儀控系統(tǒng)、主泵軸封破口消除等措施，確保反應(yīng)堆即使在發(fā)生全廠斷電、地震等事故時(shí)，仍可安全停堆，基于可靠的科學(xué)分析，堆芯熔化的概率已經(jīng)降至1×10-6/堆 · 年以下，即100萬堆年都難以發(fā)生一次堆芯熔化的事故。

△RBMK無完整安全殼

△壓水堆雙層安全殼

雖然堆芯熔化的事故已基本上不可能發(fā)生，但出于縱深防御的安全理念，在我國目前具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“華龍一號(hào)”等三代核電廠設(shè)計(jì)中也考慮了針對堆芯熔化事故的緩解措施。這些措施大都為了保障安全殼的完好性和密封性，避免放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境，例如在“華龍一號(hào)”中就設(shè)置了如下措施：

• 壓力容器內(nèi)的熔融物滯留，通過向堆腔注水并冷卻反應(yīng)堆壓力容器外壁面實(shí)現(xiàn)，能夠避免熔融物進(jìn)入安全殼，保證安全殼底板不會(huì)被熔穿；

• 設(shè)置氫氣復(fù)合器，能夠在不燃燒的情況下催化復(fù)合安全殼內(nèi)的氫氣與氧氣，避免安全殼內(nèi)的氫氣爆炸；

• 設(shè)置非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，能夠在安全殼密封的情況下排出安全殼內(nèi)的熱量，維持安全殼內(nèi)壓力小于其承載能力；

• 雙層安全殼，外層安全殼能夠抵抗大飛機(jī)撞擊，從而保證內(nèi)層安全殼的完好、密封性；同時(shí)，兩層安全殼之間的環(huán)形空間也能滯留從內(nèi)層安全殼泄漏的放射性物質(zhì)。

△華龍一號(hào)電廠針對嚴(yán)重事故的緩解策略

所有這些設(shè)計(jì)改進(jìn)措施都是建立在充分的研發(fā)基礎(chǔ)上的。為了更準(zhǔn)確的理解事故現(xiàn)象和機(jī)理，同時(shí)也是為了充分驗(yàn)證各系統(tǒng)的性能，在三代堆的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)工作。

△華龍一號(hào)設(shè)計(jì)全面平衡地貫徹了核安全縱深防御原則和設(shè)計(jì)可靠性原則,創(chuàng)新性地采用“能動(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合的安全設(shè)計(jì)理念”

目前三代壓水堆核電廠已經(jīng)非常安全，但出于對核電廠絕對安全的追求，以及對公眾健康的極度責(zé)任感，安全相關(guān)的研發(fā)工作一直在進(jìn)行。

△華龍一號(hào)可以抵御目前經(jīng)歷過的所有臺(tái)風(fēng)級別，可以抵御9級烈度的地震以及商用大型飛機(jī)的外部撞擊！

我國在核電廠事故及核安全方面的研究能力，已與世界一流水平接軌。在事故現(xiàn)象和機(jī)理的前沿研究領(lǐng)域，我國也開展了很多工作，已建設(shè)或即將建設(shè)多個(gè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置（下圖列出部分實(shí)驗(yàn)臺(tái)架）。此外，在理論研究和仿真程序開發(fā)方面，國內(nèi)也開展了大量的工作。

△華龍一號(hào)安全殼綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

△壓力容器下封頭熔融物換熱特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

因?yàn)槎研驮O(shè)計(jì)存在很大區(qū)別，我國的核電廠不可能發(fā)生切爾諾貝利事故那樣的爆炸。

• 三代核電廠不僅不會(huì)發(fā)生爆炸，而且通過多個(gè)設(shè)計(jì)改進(jìn)，堆芯熔毀的概率已經(jīng)大幅減小，一個(gè)機(jī)組運(yùn)行一百萬年，都不會(huì)發(fā)生一次。

• 以華龍一號(hào)核電廠為例，我國的核電廠在設(shè)計(jì)階段就考慮了最惡劣和極端的事故工況，并設(shè)置了嚴(yán)重事故的預(yù)防與緩解措施，從事實(shí)上避免了放射性的大規(guī)模釋放。

• 我國已經(jīng)開展并還將開展大量核安全相關(guān)的科研工作，以保證核電廠和公眾的絕對安全。

• 當(dāng)前，核安全已被納入到國家總體安全體系，上升為國家安全戰(zhàn)略。核安全高于一切，將始終是核能發(fā)展的生命線。

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