一个真实的切尔诺贝利（一）该型核电站的技术分析

切尔诺贝利是目前为止最严重的核电事故。1986年4月26日，切尔诺贝利核电站四号机组发生严重爆炸事故。这次事故的影响是空前的，甚至

切尔诺贝利是目前为止最严重的核电事故。1986年4月26日，切尔诺贝利核电站四号机组发生严重爆炸事故。这次事故的影响是空前的，甚至可以说在一定程度上推动了苏联的解体。

近日，HBO拍摄的新剧《切尔诺贝利》中，虽然有令人震撼的特效和精彩的剧情，只可惜是在西方媒体丑化之下的故事而已，算不上真正的历史。剧本其实并没有说谎，却隐藏了相当能表现出在处理事故上的负责和不惜一切代价。相比之下，隔壁任由核废水流向太平洋的日本，被人说为处理得当负责任，就显得可笑和可耻。

因此，由于笔者已经学习五年俄语，并有条件很方便的查阅外文档案资料，于是决定细细翻阅史实，写下这篇文章。由于笔者并非核能专业，在部分表述可能有疏忽，望指正。

1. 切尔诺贝利和普里皮亚季

切尔诺贝利是一个很古老的城市。初次提到是在1193年，在《俄罗斯远近城市名录》中，这本书又被收录在《俄罗斯编年史》中。要知道，莫斯科1147年才开始建设。

1541年，切尔诺贝利被立陶宛占领，立陶宛的亲王在这里修建了城堡，并留下了一条至今仍存在的护城河，它被用作隔离城堡和居民的定居点。1793年后，切尔诺贝利成了俄罗斯帝国的一部分，到了十九世纪末，这里定居了一万人左右，其中超过七千人是犹太人。之后在这片土地上经历过无数战争，包括苏联波兰战争，俄罗斯内战（又称俄罗斯的南北战争），一战，二战等等，犹太人也被多次屠杀，文中就不一一赘述。

1970年，改变这座城市历史的事件发生，核电站开始建设。并在接下来的十余年里，建设了四个发电机组。有一个小插曲，最开始核电站的选址并不在这里，而是在距离乌克兰首都仅仅25公里的地方。这也表示了苏联政治家们对核电技术的信任，在当时乌克兰科学院专家几番劝说之下，最后核电站选址切尔诺贝利，距离基辅100公里。

与此同时，一座新城，普里皮亚季开始建设，这就是现在著名的“鬼城”。原本普里皮亚季被用来安置参与核电站建设的工人和专家，是一座很典型的苏联城市，市中心有行政大楼，普罗米修斯电影院，酒店等等，并在周围环绕着居民区，当然也有类似列宁大道，人民友谊大街之类。根据苏联方面最后一次人口普查，普里皮亚季人口为47500人，其中800新生儿。这些人几乎都在核辐射中收到了永久的影响。

1986核电站事故发生后，4月27日开始全城撤离，并在距离核电站50公里处建立了一座新的城市，斯拉夫蒂奇。由于核电站在2000年才正式关闭，在此之前，核电站的工作人员及其家属，以及从普里皮亚季车撤离的人员被安置在这里，约有九千人在这里工作，约百分之八十五的城市预算由核电厂提供。

1985年，在切尔诺贝利附近建设了巨型的超视距雷达，“Duga”远程雷达，是苏联反弹道导弹远程监测系统的一部分。该型号雷达在当时很先进，峰值功率10兆瓦，工作时，经常会发出约为10赫兹的信号，类似尖锐地敲击声，也因此得名“啄木鸟”雷达。一共建设了三个这样的雷达站。其中在切尔诺贝利附近的雷达站，刚刚建设成功，就突遭变故，由于雷达站难以为继，最终在一年后，所有设备被搬走，搬运到阿穆尔河畔共青城。

如今，普里皮亚季和切尔诺贝利，都依然是禁区。诚然，大自然正在将这里的生态恢复，但是那些半衰期极长的粒子，依然存在于泥土和建筑物中。也许，几百年后这里才会继续被人类占有，也许永远不会。

2、切尔诺贝利核电站

在讲述这个因为爆炸而臭名昭著的核电站之前，我们先简单介绍一下核电站的工作原理。其实很好理解，就和火力发电很相似。无非火力发电是使用煤炭或者天然气等烧水，而核电站是用核反应为热源来发电。目前全球大约有450座核电站。核电站最大的优点就是，相当高效，而且温室气体排放为零。当然缺点也很明显，建设成本奇高，维护成本同样是巨额支出，技术要求也很高。核电在标准维护和控制，且紧急反应系统运行正常时，是非常安全和稳定的，然而一旦所有防护都失效，它是比原子弹还要可怕的存在。

现在普遍都采用压水堆，铀制成的核燃料棒在反应堆内裂变并释放能量，冷却随吸收热量并带出，在蒸汽发生器生成蒸汽，高温高压的蒸汽推动汽轮机，进而推动发电机发电。其中核电站分为两部分，一部分是产生热能的核岛，另外一部分是进行热能转换的常规岛。

核电站分为轻水反应堆、重水反应堆、气冷反应堆、快中子增殖反应堆，其中轻水反应堆又分为沸水反应堆和压水反应堆。沸水反应堆，顾名思义，就是在核反应堆内冷却水直接变成蒸汽，结构相对简单。但是水蒸气直接带有核污染，直接被带到汽轮机，给设备检修带来很大的麻烦。

而压水反应堆则增加了另一条回路。在连接着核反应堆芯的回路中，保持着约150大气压，在这种情况下冷却水可以保持至343摄氏度而不沸腾。传输到蒸汽发生器，把另一个回路里约70大气压的水加热到沸腾并形成水蒸气，大约260摄氏度，随后返回堆芯，一直循环。而二回路的水蒸气在经过汽轮机后，经过冷凝成为液态水并继续循环。

切尔诺贝利核电站的核反应堆是四台压力管式石墨慢化沸水反应堆，缩写为RBMK，俄语为Реактор Большой Мощности Канальный，直译就是高功率管式反应堆。切尔诺贝利核电站安装的是四台RMBK-1000型号反应堆。这是早期的第二代核反应堆，至今在俄罗斯境内仍然有10座正在运行的该型号反应堆。但是在强烈的呼声中，它们也大多已经有了关闭计划。

下面我们从技术角度简单介绍一下这个RBMK型号反应堆。

从总体设计上，RBMK反应堆很注重结构简单易于建造这点，而相对忽视了安全冗余度的问题，但是运行成本很低，同时可以做到功率非常大，即使放到今天，其发电功率数值依然不落后。

但它在安全方面也做了很多的努力。比如，核心内部的传感器会监视实时内部反应的活跃程度，检测到功率上升就会自动插入控制棒降低功率，极端情况下，甚至可以将211根控制棒全部插入以尽快减速反应，除此之外还有独立的反应堆保护系统，可以自动激活。在反应堆周围有大量的保护层用来吸收辐射。但是事实证明，这些防护措施只能在日常状况中起到作用。在核电站的爆炸中起到的作用微乎其微。

3、 RBMK-1000型号反应堆

需要提到的就是当时的背景。

苏联在建造核电站的时候，全世界普遍认为核电站是一种很可靠的发电站，甚至几乎不大可能出现灾难性事故，也因此操作的规章制度，在很大程度上都不完善。同型号的反应堆在列宁格勒核电厂，最初的设计甚至没有应急冷却系统的水力发电机组，应急泵数量也不足。

接下来我们使用与切尔诺贝利核电站同型号发电机组的列宁格勒核电站和其中一个因为核事故停止建设但已经接近完工的核电站图讲反应堆的重要部分，并为接下来的事故埋下伏笔。

众所周知，核裂变链式反应，中子轰击铀235的原址和形成激发态的铀236裂变成Kr92和Ba141，并释放出三个中子和伽马射线，以及大量能量。释放出的中子经过石墨减速作用，继续轰击下一个铀核从而继续裂变。通过控制棒吸收中子并使反应持续可控，这就是核电站的反应原理。释放出的能量直接加热在燃料棒附近的水，形成水蒸气，同高温沸水在水泵的作用下通过反应堆上方的管道排出，经过蒸汽分离器，液态的水通过水泵继续循环，蒸汽在经过冲击高压涡轮和低压涡轮在冷凝器里变成液态水继续循环。这就是我们前文提到的沸水堆。这是比较原始的沸水堆。

工作原理看似很简单。但是在实际操作中依然很多困难。

工作中需要将中子缓速以继续链式反应。减速剂就是石墨。通常情况下，液态水有一定吸收中子的作用，水蒸气却没有这个作用，下文会细说。在反应过程中，大约有百分之无的能量会通过石墨的缓速作用被石墨带走，于是需要对其单独散热。石墨有自己单独的散热管道，通过石墨圈带走热量，石墨可以承受七百余度的高温。

通过这个图片我们可以看到该型号反应堆的结构。

反应容器是一个圆柱形的铁质的容器。外径14.52米，厚度16毫米，高9.75米。内有石墨堆。

反应堆底部，是下层防化层，厚度两米，内有穿孔方便压力管，冷却通道，石墨堆的通道。

反应堆顶部防护层厚度三米，直径17米，内部大量立体钻孔，已安装控制棒和燃料棒。共有1662个燃料通道和211个控制棒通道。

燃料由二氧化铀粉末组成, 与粘结剂烧结为直径11.5毫米，长15毫米的桶状结构燃料棒铀锆合金制成，内含1%的铌。燃料棒中间有0.5MPa的氦气并完全密封。一个燃料构件由两组共18根燃料棒组成。

加下来这一部分至关重要，可以说成了压垮切尔诺贝利的最后一根稻草——控制棒的设计。

控制棒的主要成分是碳化硼，拥有极强的吸收中子的能力，吸收了中子就可以有效组织链式反应的持续发生。控制棒的末端由4.5米长的石墨，用来增加反应堆内部中子流在控制棒插入和取出时的差异。控制棒收回，石墨位于反应堆的中心位置，控制棒插入之后，石墨部分会提升局部反应速率。控制棒和管道的空间非常狭小，且在控制棒周围有冷却水，于是导致控制棒移动速度极为缓慢，这也间接造成了事故的发生。

当发生意外时，尤其是切尔诺贝利这种意外时。由于反应过于剧烈，温度急剧升高，这是会形成极多水蒸气，蒸汽吸收中子能力为零，而水既可以缓速中子又可以吸收中子，平衡反应速率。水的减少蒸汽的增多使得中子增多，直接增加裂变反应的发生速率，增大功率，反过来更多的水被气化，恶性循环。

这种特性使得反应堆在低功率的时候很难控制，必须有足够可靠的控制系统和训练有素的操作人员。反应堆的控制系统本是自动控制系统，然而已经被手动关闭，已然无力回天。

下面欣赏一部分同型号核电站内部的图吧。

该核电站在切尔诺贝利核电站事故发生后被废弃，却保留了大部分细节，可以作为了解该型反应堆的参考。

核电站的

下一章节我们将讲述，在发生爆炸的当天究竟发生了什么，并从技术角度分析发生的原因。敬请期待！

另：笔者计划明年春夏之际前往切尔诺贝利探险，如有意愿，可以组队。