即使在人類歷史上最具破壞性的核事故發(fā)生近40年后，石墨反應(yīng)堆(RBMK)也不是遙遠(yuǎn)的遺物。截至2023年，仍有八個在運(yùn)行。對于現(xiàn)代世界的我們，這樣久遠(yuǎn)的核反應(yīng)堆會有什么可能的用途?

(相關(guān)資料圖)

為了理解人們?yōu)槭裁磿羞@種想法，我們需要了解我們面對的是什么樣的機(jī)器，是什么讓它變得如此致命。我們都或多或少熟悉裂變的原理。原子分裂并發(fā)出自由的亞原子粒子，撞擊其他原子并導(dǎo)致這些原子也發(fā)生裂變。這還沒有涉及到細(xì)枝末節(jié)。

工程師們需要做一些工程化處理，以確保這種裂變反應(yīng)不會演變成不可控制的連鎖反應(yīng)。利用慢化劑材料，工程師可以使用石墨等化合物，故意阻礙裂變過程中甩出的自由中子的流動。并通過液體冷卻劑使核燃料進(jìn)一步冷卻。大多數(shù)時候，冷卻劑是水或重水。

重水作為科學(xué)界已知的最好的液態(tài)慢化劑/冷卻材料之一，全球的核設(shè)施都為其支付了高昂的費用，但RBMK不是。RBMK的設(shè)計是為了實現(xiàn)低成本裂變反應(yīng)堆類，它使用質(zhì)量不高的裂變?nèi)剂线\(yùn)行，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鈾235最常被用來為RBMK反應(yīng)堆提供燃料，切爾諾貝利核電站就是如此。

這些反應(yīng)堆使用的濃縮鈾水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于加拿大CANDU級反應(yīng)堆等。巧合的是，CANDU的公眾聲譽(yù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于RBMK，并在全世界范圍內(nèi)使用。RBMK使用的是濃縮度低至1%或2%的鈾，而西方核反應(yīng)堆的濃縮度高達(dá)4%。

令蘇聯(lián)人更高興的是，RBMK反應(yīng)堆在不需要重水就能運(yùn)行。這意味著，在切爾諾貝利4號反應(yīng)堆中，危險的超臨界狀態(tài)的裂變?nèi)剂闲九c普通水接觸。更糟糕的是，碳化硼控制棒處于完全升起的位置。由此產(chǎn)生的超熱蒸汽使壓力超過了設(shè)施所能承受的范圍。

反應(yīng)熱導(dǎo)致水的元素分離，產(chǎn)生了氫氣和氧氣將反應(yīng)堆的蓋子炸掉。一連兩次的強(qiáng)大爆炸，導(dǎo)致石墨材料變成了熔融物。由此產(chǎn)生的放射性熔巖滲透到數(shù)米長的混凝土中，然后在反應(yīng)堆設(shè)施的地下室房間里沉淀下來。此外，還有一些其他的副作用。

當(dāng)然，這是對1986年4月切爾諾貝利核事故的簡化。

我們甚至還沒有觸及RBMK 1000的高得離譜的正空隙系數(shù)。本質(zhì)上，在被核燃料加熱的蒸汽泡的空隙中，自由中子增加，燃料棒很容易進(jìn)入超臨界狀態(tài)。從本質(zhì)上講，堆心中存在的水越少，發(fā)生爆炸的可能性就越大。

用較差的精煉鈾和缺乏重水來降低運(yùn)營成本，加上工廠管理層對RBMK 1000系列的過度自信，為災(zāi)難的發(fā)生埋下了隱患。事故調(diào)查證明，該反應(yīng)堆甚至沒有足夠的控制棒來改善瀕臨熔毀的超臨界裂變核心的情況。

許多西方人第一次接觸到RBMK裂變反應(yīng)堆，不是因為切爾諾貝利核事故本身，而是因為2019年HBO的熱門劇集《切爾諾貝利》。雖然這部五集迷你劇很吸引人，但并沒有解釋災(zāi)難發(fā)生后的許多事情。

首先，只有該廠的第四個反應(yīng)堆發(fā)生了事故。一號至三號反應(yīng)堆繼續(xù)運(yùn)行到90年代末。到2000年，RBMK才被徹底停用，準(zhǔn)備進(jìn)行凈化處理。但在切爾諾貝利事故之后，RBMK反應(yīng)堆繼續(xù)發(fā)展。甚至在切爾諾貝利事故之前，升級后的RBMK 1500系列反應(yīng)堆就已經(jīng)開始運(yùn)行，并繼續(xù)在東歐部署。

第一個在蘇聯(lián)以外建造的RBMK是在立陶宛的伊格納利亞核電站。在其巔峰時期，伊格納利亞核電站提供立陶宛四分之一的電力。雖然在2009年退役，但伊格納利亞的RBMK反應(yīng)堆確保了立陶宛順利進(jìn)入核電時代。

在俄羅斯，庫爾斯克核電站使用的RBMK-1000型反應(yīng)堆與1977年以來在切爾諾貝利的反應(yīng)堆基本相同。雖然第一個反應(yīng)堆在2021年關(guān)閉，但其余2至4個反應(yīng)堆將繼續(xù)運(yùn)行至少到2030年。在俄羅斯還有兩個RBMK設(shè)施，一個在斯摩棱斯克地區(qū)，一個在列寧格勒，這兩個核設(shè)施最早也要到2034年才會到期。

了解到仍然有八個潛在的切爾諾貝利災(zāi)難在2023年仍然存在，感到驚恐是可以理解的。但在你絕望之前，考慮一下這個問題。從1986年到2023年，在烏克蘭發(fā)生致命事故后，任何一個運(yùn)行中的RBMK都完全沒有發(fā)生過超臨界裂變事故。只有在充分了解這種品牌裂變的關(guān)鍵力量后，RBMK反應(yīng)堆的安全記錄才開始趨于平穩(wěn)。

在切爾諾貝利災(zāi)難之后，針對關(guān)鍵事件的應(yīng)急計劃(如反應(yīng)堆水泵不工作時的高氙濃度)已經(jīng)實施。正如在RBMK-1500系列反應(yīng)堆中引入了可裂變控制棒，在發(fā)生類似切爾諾貝利事故的情況下可以迅速引入堆芯。在這種情況下，結(jié)尾的數(shù)字即是反應(yīng)堆的額定容量，單位為兆瓦。該項改進(jìn)具有一個定制的“緊急核心冷卻系統(tǒng)”(ECCS)，即使在主水泵不工作的安全測試期間，它也會不斷地將冷卻水泵入堆心。

最重要的是，那個高正空隙系數(shù)的小惡魔被降低到更可控的水平。這一切努力的成效就是，1986年后的安全記錄與它的全球聲譽(yù)完全相反。正如HBO迷你劇急于指出的那樣，事故發(fā)生當(dāng)晚也有相當(dāng)程度的管理疏漏。該劇將工廠的副總工程師Anatoly Dyatlov描繪成一個幾乎是滑稽的邪惡和虐待狂的人，不顧工人的安全，這當(dāng)然是為了一個好的故事而渲染的。然而，他的團(tuán)隊在切爾諾貝利災(zāi)難發(fā)生當(dāng)晚的疏忽是不能被低估的。

如果那天晚上的事件有一點點不同，歷史對RBMK反應(yīng)堆的看法會有多大的變化。全世界甚至?xí)罏蹩颂m森林中一個原本不起眼的小城市嗎?如果沒有這樣一場災(zāi)難在公眾心中留下疑問，蘇聯(lián)甚至?xí)怏w嗎?我們只能想象今天的世界會有什么不同。

目前，RBMK反應(yīng)堆在全部停用并被歸入歷史頁面之前還有一點時間。盡管它在切爾諾貝利發(fā)生了大規(guī)模的破壞。但我們看到，多年來核能所造成的死亡人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于石化產(chǎn)品。

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