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切尔诺贝利这样的核事故,有没可能发生在国内?

图片:《切尔诺贝利》

江小鱼,创业公司ceo

要想知道这样的事故会不会再发生,首先得搞清楚这样的事故是怎么发生的。

切尔诺贝利核事故怎么发生的?

一句话概括:切尔诺贝利核事故是一群不合格的操纵员,在一个有明显设计缺陷的核反应堆上,进行了一系列严重错误的操作导致的。

下面简单描述一下过程:

1986 年 4 月 25 日,切尔诺贝利核电站 4 号机组准备正常的停堆检修,在正式停堆之前,机组人员准备顺便把三年前就该做的低功率下的汽机冲转试验给做了。但电厂突然接到电网调度员命令,需要持续供电,不能停堆,所以机组维持半功率运行了十小时。

核反应堆在低功率运行的工况下会产生一种惰性气体氙,而这种惰性气体的存在会大大降低反应堆的升功率速度,在氙过多的时候,反应堆甚至无法顺利启动,我们业内管这种惰性气体叫氙毒,也就是剧中的女科学家提到的毒物。

由于这种毒物的原因,长时间半功率运行之后的反应堆是不允许直接降功率做汽机冲转试验的,因为坚持这么做有可能损坏堆芯。

但半夜交班的时候,副总工迪亚特洛夫突然出现在主控室,要求立即把功率降下来做低功率汽机冲转试验,这是第一个严重错误;

第二个严重错误是人员资质不符,其实这不仅仅是错误,更是违法,违反核安全法。

看过这部剧的人都知道,执行操作的两名操纵员中,有一人刚刚入职还不到 4 个月,

这么短的时间,在正常的核电厂里是不可能拿到操纵员执照的。

平时我们开个车都需要正规的驾照,而在切尔诺贝利这个神奇的地方,居然操纵核反应堆不需要执照

再老的司机也不能这么干吧!

接下来,操纵员发现做这个试验的规程有一页是被划掉的

没想到的是副总工居然要求按照划掉的程序进行试验,按无效的程序操作,这是第三个严重错误;

连试验程序都是无效的,那就意味着接下来的每一步操作都是严重错误

这就好比一名飞行员,拿着错误的指导手册在开飞机,而且开的是核动力的飞机,你说会发生什么?

随着所有安全系统离线,几乎所有的控制棒被抽出堆芯,反应堆功率急剧上升,操纵员阿基莫夫见势不妙,立即按下紧急停堆按钮,也就是剧中提到的 AZ-5 按钮。

这个按钮你们可以理解为核反应堆的紧急刹车,正常情况下,无论发生什么情况,只要按下紧急停堆按钮,反应堆就会立马停下来。

但这些操纵员不知道的是,切尔诺贝利核电厂的这个紧急刹车其实是无效的,不仅无效,还会火上浇油!

为什么会有这样的事?

这就涉及到切尔诺贝利核事故的另一个重要原因了——设计缺陷

正常的核电厂,紧急停堆按钮控制的是所有的控制棒,控制棒的主要成分是硼,硼可以迅速降低核燃料的反应性,使核反应停止。

只要这个钮按下,所有的控制棒立即插入堆芯,堆芯的链式裂变反应就会立马停止。

可问题是,切尔诺贝利核电厂的这种机组,控制棒的尖端居然不是硼,而是石墨,石墨会加快核反应速率。

这就好比汽车失控了,情急之下一脚踩下去,发现踩的不是刹车,而是油门!

随着下插的控制棒尖端石墨与堆芯接触,反应堆功率瞬间剧增,冷却水瞬间汽化,孔道破裂变形,控制棒无法进一步下插,卡在了格架上。而尖端的石墨被固定在堆芯反应区,导致堆芯功率无止境上升。

更多的冷却水被汽化,而由于切尔诺贝利核电厂的又一设计缺陷——正空泡系数,即空泡越多,核反应越快,恶性循环,导致链式裂变反应完全失控……

压力容器最终承受不住巨大的压力,发生蒸汽爆炸,1200 吨的顶盖直接被掀开,这是第一次爆炸。

随着压力容器的破裂,里面的压力瞬间降为常压,剩下的冷却剂瞬间汽化,所以 2~3 秒之后,紧接着发生了第 2 次蒸汽爆炸。

这一次爆炸,直接把堆芯的四分之一抛出了反应堆外,导致了更大规模的核泄漏。

当然,如果苏联的核电厂与欧美日一样,有一个巨大的安全壳的话,即便发生这两次爆炸,堆芯的放射性物质也不一定会泄漏到厂外,对电厂以外的人员和环境造成危害。

日本高滨核电厂,图中最大的两个圆顶建筑物就是安全壳

没有安全壳,就是切尔诺贝利核电厂的第 3 个重大设计缺陷

以上只是一个粗略的概括,有兴趣的朋友可以看神剧切尔诺贝利第 5 集,这是我见过最棒的有关切尔诺贝利事故的科普,很难得能有一部电视剧能把一个如此专业的故事讲得如此通俗易懂和引人入胜。

当然有一定专业基础的朋友,可以去看一下我下面列的参考文献,里面有比电视剧更详尽的说明。

这样的事故我们国家有没可能发生?

截止到 2019 年 6 月 13 日,我国在运核电机组达到 47 台,装机容量近 4800 万千瓦,排名世界第三;在建机组 11 台,装机容量 1218 万千瓦。

图片来自国家核安全局官网

其中最早的是秦山一期,1991 年首次并网,93 年正式投入运营。

秦山一期全貌,图中最大的穹顶状建筑就是反应堆安全壳

大家知道,切尔诺贝利核事故发生于 1986 年,所以我们国家的所有核电站,都是在这之后才建成的。

我想即便人类再愚蠢,也不可能再犯切尔诺贝利同样的错误。

当然,这只是主观意识上不可能,其实客观上也不可能。

因为切尔诺贝利事故之后,全世界的核安全监管机构,包括美国的 NRC,中国的核安全局,都把相关的经验反馈写进了核安全法规。

比如美国的联邦核安全法规 10CFR,中国的核安全法规 HAF/HAD,都对空泡系数、反应堆控制棒设计、反应堆安全壳有明确的规定:

所有控制棒,任何一部分的材质都必须是降低核反应速率的——解决上面提到的设计缺陷 1;

所有核反应堆,空泡系数必须为负——解决上面提到的设计缺陷 2;

任何类型的反应堆,必须有巨大的密闭可承压安全壳——解决上面提到的设计缺陷 3。

不符合要求的,一律得不到批准开建。

以上只是设计层面,管理层面上,在切尔诺贝利事故之后,也针对性出台了多项法规标准。

比如我国的核安全法规 HAF103/HAD103,就对核电厂运行人员的各项资质和操作做了细致而严格的规定。

首先说人员资质:

在我们国家的核电厂,每一名掌管生产的负责人,必须是操纵员出身,像剧中福明那种火电厂出身的总工程师根本就不可能在中国出现。而且据我所知,我国绝大多数核电厂的总经理都是操纵员出身,非专业出身的管理人员在核电厂的技术层面基本上插不上嘴,也没有插嘴的机会。

此外,每一名核电从业人员要想成为真正能够操控核电机组的操纵员,那真可以说是需要经历九九八十一难了。剧里那种刚参加工作 4 个月的毛头小子,在我们国家的核电厂里,可能连主控室都进不去。

核电操纵员可能是整个核电行业对人员的专业素质要求最高的岗位,就像飞行员之于飞机的意义一样,核电操纵员之于核电站也是同样的生死意义。

所以国内操纵员选拔,往往从电厂招聘的时候就开始了,目前国内各大核电厂的操纵员,基本上都是从几大名校相关专业校招过来的。

这些优质的苗子到了电厂之后,他们在学校里学的还远远不够。在每一位操纵员上岗之前,还要经过长达四五年的专业培训,培训完再经过严格模拟机考试、笔试和面试,全部通过之后,由核安全局依法颁发我国的《民用核反应堆操纵员执照》。

这里补充两点注意:

1.是核安全局发证,而不是核电厂领导,电厂没有资格给自己的员工颁发操纵员证。

2.这个考试不是无限循环的科举,考不中可以下次再考,直到考中为止,而是只有三次机会,如果三次都没过,那就说明你不适合做操纵员,直接 PASS。

说完了人员资质,我们来看看国内的运行管理规定

剧中我们看到切尔诺贝利 4 号机组主控室操纵员阿基莫夫和拓普特洛夫被临时指派执行带核的汽机冲转试验,并且拿着一本无效的试验程序进行操作,当他两提出异议的时候,领导直接给压了下去。

作为一名前核电从业人员,看到这里觉得简直不可思议。

在国内的核电厂,每一项带核的试验,是不可能临时指派某人去执行的。

我曾经有幸参加三门核电的蒸汽发生器二次侧打压试验,这还仅仅是一个装料前的非安全级试验,从立项到最终执行,我们准备了差不多一年半的时间。

为了防止试验执行的关键时刻,主要负责人因为不可抗力缺席,我们从一开始就配置了 3 名具备同等资质的负责人,一人为主,两人备用。

一旦试验过程中,主要负责人身体不适,或者其他不可抗力导致的缺席,随时可与合格的备用负责人进行交接,所以不存在临时随便抓个人负责试验的做法。

至于采用无效的试验程序,那更是天方夜谭。

对于核电厂的每一项试验,无论大小,在执行关键步骤的时候,都必须按照有效的程序执行,而且每执行一个步骤,负责人必须签字确认,以便明确责任归属。将来出了任何问题,直接就能追溯到责任人。

这是三门核电的一个小冲洗试验,当时有幸由我来负责(鄙人签名比较丑,大家见笑)

此外,对于核安全相关试验,必须有核安全监管部门的监督人员到现场见证,不然试验无效,比如三门核电的每一项安全级试验,都有核安全局下设的华东监督站监督人员驻场监管。

如果采用无效程序,直接就会被宣布违法。

再说主控室的长官意志:

在三门核电装料前,我有幸进过一号机组的主控室,对于一个处在高清摄像头和录音设备 360 度无死角监控之下的房间,而且每一步操作都有数据记录的主控室,我不知道哪一个领导敢像切尔诺贝利的迪亚特洛夫那般放肆。

以上,就是整个核能行业在制度和管理层面对于切尔诺贝利核事故的响应,其实在每一次重大事故发生后,制度和管理层面的响应,往往只是最基本的操作,

在一次次痛苦的反思过程中,特别是在切尔诺贝利这种人类前所未见的大灾难之后,全世界核能行业逐步进化出了一套完整的核安全文化,而文化就像无所不在的空气,渗透在整个行业的方方面面,角角落落。

每一名核电行业的从业人员,从进入这个行业的第一天开始,就浸泡在安全文化的氛围里,每天睁眼闭眼,目之所及,耳力所至,无一不是安全相关的信息,无论做哪一件事,首先考虑都是安全问题。久而久之,安全二字会浸透进每个人的血液,深入每个人骨髓,直到生命的终结。

讲到这里,我们国家到底有没可能发生切尔诺贝利这样的事故,相信大家已经能自己得出结论了。

Reference:

国家能源局官网http://www.nea.gov.cn/

国家核安全局官网http://nnsa.mee.gov.cn/

美国核管会官网https://www.nrc.gov/

国际原子能机构官网https://www.iaea.org/

世界核能行业协会官网http://www.world-nuclear.org/

http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/chernobyl-accident.aspx

http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/appendices/chernobyl-accident-appendix-1-sequence-of-events.aspx

http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/appendices/chernobyl-accident-appendix-2-health-impacts.aspx

HAF103 核动力厂运营安全规定

HAF103-06 核动力营运单位的组织和安全运行管理

10 CFR PART50 APPENDIX.A Criterion 11

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