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HBO 的迷你剧《切尔诺贝利》中,为什么科学家都不相信反应堆会爆炸?

头图

我在学校深入学习过这次事故。

因为如果不是缺乏理论知识的操作员作死骚操作的话,rmbk 的确不会爆。

而科学家没有从事过现实的工程设计,理论和实际也存在脱节。实验室理想化的堆型设计,变成真实世界巨大复杂的系统时,会出现很多想不到的坑。他们无法理解怎么会有骚操作让它爆。

hbo 切尔诺贝利第三集里有一幕,女科学家去和奄奄一息的操作员做调查,那位操作员说自己的职务是 senior engineer xxxx,然后女科学家问你几岁?25 岁。。。显然这个年纪是没经过什么正经科班学习的,更谈不上 senior 了。

而女科学家在实际反应堆的操作和特性上,可能也比不上这位年轻的 senior engineer。

脱节。

rbmk 石墨沸水反应堆是一种控制相对复杂的反应堆,体现在其正的空泡系数。在水沸腾产生空穴时,由于减速剂是固体石墨,中子减速和吸收的平衡不会反转,反而会因为水吸收中子的减少而增加反应率,形成正反馈,造成不稳定。这个效应在低功率低水位高水温和装料已旧时尤其强烈。但是一般来说这不会导致功率立即上升,因为需要数秒中子才会释放。控制一个正反馈系统对人类来说也不是难事。rbmk 反应堆是以自动化计算设备和控制棒自动控制功率的。而且在大大冗余的控制棒,和两套自动停机系统加持下,安全性也是有保障的。

但是存在漏洞,而切尔诺贝利事故正好是骚操作撞到漏洞上。

过程:

实验需要,要将反应堆功率从 3200mw 降到 700mw,但是由于实验开始时间延迟,操作班组降功率降的过快,一下到了 3mw。

功率下降过快导致了燃料中氙 135 的增加。氙 135 是中子毒药,会吸收中子减弱反应。因此为了提升功率到所需水平,操作班组依靠直觉违规拔出了过多的控制棒,实验中测试的水泵启动时,水流量增加,进一步吸收中子,于是进一步拔出控制棒。最后只保留了 6 根。

自动控制系统和主要的安全系统被关闭,反应堆手动控制。

拔出控制棒后,功率仅上升到 200mw。而 10%以下功率时,两套紧急停机系统均不工作,也不提供反应率数据。操作班组纯靠直觉盲操作。因为功率很低,他们觉得很稳。

然而此时反应堆的配置已经十分危险,控制棒过多拔出,如果此时是高功率,这就是爆炸的配置。现在功率是低的,一旦吸收中子的东西减少,功率变高,反应率会变高,然后功率更高,反应率更高~如此循环正反馈。而此时自动控制关闭,紧急停机关闭,甚至连反应率监视都没有。反应堆如同一堆火药上立了根燃烧的火柴,而操作的人是瞎的。

然后,随着实验结束,水泵水流降低,核心内气泡增多,反应率上升。而后操作班组按下了 AZ-5 紧急停堆键,控制棒插入(按计划实验后这个反应堆要停机维护,所以这应该是预定的结束实验的步骤,而不是发现反应率异常上升后的反应,因为当时没有反应率监测数据反馈给班组。但已无从证实)。由于设计问题,控制棒和石墨槽之间有冷却水的水膜,阻碍插入速度,控制棒插入缓慢,完全插入需要 18s。同时控制棒头部有一段石墨,被设计用来增强控制棒效力和平均核心中子流,但是在被过度拔出的情况下,再插入时,这段石墨排开了水,造成了吸收中子减少,增加了反应率。

(为何会设计一段石墨,参见我的另一个回答https://www.zhihu.com/question/326854016/answer/706995076

最后爆了。

所有反应堆在投入商用的时候一定都是自认为绝对安全的,但实际上永远有你想不到的缺陷。而即便发现了隐患,由于经济政治体制原因,也不会对外泄露,而是寄希望于完善系统。而越复杂的系统,失效的场景也越多。

世界上所有核电站的融堆概率都是小数点后面很多位,代表平均一个反应堆要运行上千上万年才会出现一次融堆。这个融堆概率是无数人的计算成果,是宣传核电安全的核心论据。然而人类历史上已经有 3 次融堆事故了,彩票中了三次。

最后,操作班组对所操作的反应堆没有深入到细枝末节的了解,而科学家也不了解复杂的反应堆实际操作时有多少奇怪的场景,所以他们都不相信它会爆。

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