切尔诺贝利核事故factfile.pdf
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1、 1 切尔诺贝利核事故事实文件 介 绍 很少有像核能这样引起如此多争论的技术题目,很少有像1986年 4 月发生在切尔诺贝利的灾难这样令人伤感的关于核的问题。切尔诺贝利这一词汇魔法般地把人带入环境灾难、长期的人类健康严重后果的景象。围绕切尔诺贝利的流言加之科学根据的复杂特性使摆脱虚构建立真实情况的工作变得非常困难。事故情况被时而出现的相互矛盾的媒体报道变得更复杂化。有些问题没有清晰的答案。早期的判断是放射性爆炸将夺去数万人的生命。然而到了2005年中期,只有不到50 人死亡直接归因于放射性爆炸。目前在前苏联普遍存在的贫困、精神问题以及生活方式改变引起的疾病较之与放射性爆炸给当地社会带来更大的威
2、胁。这篇有关切尔诺贝利真实情况的文件用以帮助那些关注于切尔诺贝利和一般核能的核信息工作人员和记者了解事故发生的原因和产生矛盾信息的原因。此文关注于切尔诺贝利事故的事实。在那些事实无法确立的地方,本文采用显著的科学证据作为其根据,例如2005年有关健康后果的切尔诺贝利论坛报告和核能机构的有关辐射和健康影响的 2002年评估。发生在切尔诺贝利的事故扭曲了支持和反对核电站的争论。就像争论被扭曲了一样,人们关于在切尔诺贝利所发生的错误和其事故后果的普遍观点也被扭曲了。此时对核能工业来说正是一个重要时期。从切尔诺贝利事故至今已过去了二十年。核能技术发生了巨大的变化。切尔诺贝利核事故大大减缓了苏共体的核发
3、展。新电站的建设被停止,面对环境保护和地方政权的反对建设计划被搁置。但是公众对核电站敌意的减弱,为制定一个新的雄心勃勃民用核电站发展计划提供了方便。在世界范围内,因为人们对能源安全和全球变暖的关心不断增加,核能正成为最高政治会议和媒体关注第二重要话题。对核能工业来说这是一个重要时刻,自切尔诺贝利核事故发生已经有二十年过去了。核能技术也发生了巨大变化。2 本文的每一章节都用以说明事故发生和其后果的一个重要方面,包括事故是如何发生的,为什么会发生,以及为确保其不再发生所采取的步骤。这里描述、解释了切尔诺贝利核事故前后所发生的事件。有关切尔诺贝利的谎言被驱散。事故原因和影响被子澄清。此文中的信息是面
4、对信息交流机构的,但也被视作与研究人员、学生、核专业人员、政治家相关的信息。概要 切尔诺贝利核电站有4 座 RBMK核反应堆。它们是轻水石墨反应堆。1986年4 月 26 日,事故发生在第 4 号机组。RBMK是俄文单词的首字母缩写(高功率压力管式反应堆),这是一种带有独立燃料管的反应堆,反应堆内以普通水作冷却剂,用石墨作慢化剂。其他类型的核反应堆没有同时使用石墨慢化剂和水冷却剂的。RBMK型反应堆从未在前苏联以外国家建造过,由于它的特定设计特点使其无法在别的国家获得许可。最值得注意的是,它具有功率易于波动的特点。并且它没有完整的包容结构。为了能进行一项试验,反应堆操纵人员关闭了安全系统,此操
5、作导致了切尔诺贝利核事故。猛烈的爆炸吹开了反应堆顶部的1000吨的密封盖。第二次爆炸将燃烧着的燃料和石墨碎片炸出堆芯并使空气涌入,这使石墨慢化剂燃起大火。第一次爆炸导致 2名工作人员死亡,28 名消防和抢险人员在 3个月内死于强辐射病,1 人死于心脏病。从 1986年开始出现了长期健康影响,且在将来仍将出现。2005年国际原子能机构出版的年度报告说最终将有多达 4000人死于事故引起的辐射照射。报告称事故对公众的健康影响不像刚开始所担心的那样严重。到 2005年中期,由辐射引起的死亡少于 50 人。在几乎所有受到高剂量照射的抢险人员中,许多人在事故后的数月内死亡,其他人的死亡时间拖至 2004
6、年。切尔诺贝利的 4 座反应堆全被关闭,电站不再运行。最后一座反应堆,3 号屏蔽体,刚开始称为石棺,在事故发生后的 7个月内被匆忙建造,其状况现在已恶化。3 机组,于 2000年 12 月 15 日被关闭。有 15 座 RBMK反应堆在运行:14 座在俄罗斯,1 座在立陶宛。立陶宛境内的RBMK型反应堆计划于 2009年前关闭并被视为加入欧盟的条件。所有这些 RBMK反应堆都经历了改造以消除引起切尔诺贝利核事故的缺陷。1986年,建造了一座屏蔽体以包容损毁了的反应堆的残余物。这一屏蔽体,刚开始称为石棺,在事故发生后的 7 个月内匆忙建造,现在其状况已恶化。为减少坍塌风险,进一步的工作是加固、加
7、强其结构的最薄弱的部分。一个被称为新安全壳(NSC)的新的拱形结构的概念设计已被批准,其标书正被估算。具有 100年的设计寿命,这一巨型结构将被建造于石棺之外以减少对工作人员的辐射照射。当完成建造,它将用一天时间被跨于石棺之上。它将把石棺与外界环境气候隔绝开来,并将为将来在屏蔽体内采取的实验活动提供安全条件。为石棺稳固、环境安全,于 1997年设立了切尔诺贝利屏蔽体基金,由欧洲建设发展银行管理。该计划预计花费 87000万美元,计划于 2008年完成主体工程。事故发生 36 小时之内,离电站 4公里远的普里皮亚特全城(人口 49360)被疏散一空。作为事故后果,有大约 350000人被重新安置
8、。事故经过 1986年 4 月 26 日(星期六)凌晨,前苏联(现乌克兰)基辅北 130公里的切尔诺贝利核电站发生了世界上最严重的核事故。这一事故由苏联核反应堆设计缺陷加上电站操作人员失误引起,操作人员处于一个培训被最简化的体制之内。这些错误是冷战隔离以及由此产生的缺少有力的安全文化的直接后果。核电站 4 号机组,925兆瓦 RBMK型,将停机以进行定期维修,并利用此机会进行一项试验。具有讽刺意味的是,做此试验是为了提高机组的安全性。反应堆冷却水泵由电力驱动,操纵员想测定在电站失电情况下,应急柴油发电机供电可用前,减速的汽轮发电机组的惯性能量能否提供足够的电能以运行应急设备和堆芯冷却循环泵。试
9、验的目的是验证在失电事件中能否继续保证堆芯冷却。尽管知道 RBMK型反应堆设置在低功率下运行不稳定,但为了减小冷却量,反应堆仍被置于低功率 4 下运行。此试验曾在以前两次机会试过,但都未能完成。反应堆功率被减为一半,由反应堆提供能量的两台汽轮发电机组之一被解列。为避免主泵减速时反应堆应急冷却系统投运,操纵员将之置不可用。正在此时,由于电网需要,网控要求推迟此项试验。反应堆在此工况下运行了 9个多小时后才被允许继续减负荷以进行试验。堆功率应保持在 700-1000MW的试验水平,但自控系统被错误地设置,功率降至 39MW,这使中子吸收裂变产物氙得以聚集。氙毒,加之当时有 6 台主冷却泵在运行并且
10、水量过大严重降低了反应性,使操纵员难于恢复功率。最终,操纵员设法使功率稳定在 200MW,但由于反应性损失而无法再提高功率。这一功率水平远低于要求,但仍做出继续试验的决定。两台备用冷却水泵又被启动了,使冷却水量增加至超过极限。此使冷却水系统中的汽泡减少,也使堆芯反应性进一步减少。为增加反应性,控制棒被抽出超过规定极限。此时只有 6-8 根控制棒被使用。根据规程,为保持受控至少要有 30根控制棒被使用。如果少于 30 根,反应堆应停闭。操纵员继续试验,尽管他们知道在功率波动事件中需要大约 20 秒钟才能落下所有控制棒并停堆。为使试验能继续进行,他们闭锁了反应堆保护系统,在超极限情况下此保护系统可
11、立即停堆。试验从关闭汽轮发电机供汽开始,应使反应堆自动停堆的保护系统被关闭了。当汽轮机转速下降,反应堆冷却剂流量减少了,蒸汽产量快速上升。反应堆的正空泡系数促使反应堆产生更多的功率、更多的蒸汽。当地时间 4 月 26 日 1 时 23 分,出现突然的、非预期的功率波动。堆功率呈指数增长,达到正常水平的大约 100 倍。控制棒不能及时全部插入堆芯。更糟糕的是,在设计上,控制棒刚落入管腔时对水的置换使情况进一步恶化。燃料过热,一些燃料管破裂。被认为主要缘自蒸汽压力、裸露堆芯化学反应的爆炸将 1000 吨的反应堆密封盖炸离堆芯。第二次的爆炸将燃烧着的燃料和石墨炸出堆芯,空气大量涌入堆芯使石墨慢化剂燃
12、起大火。第二次爆炸的确切原因至今未知,但被认为可能是氢气在其中起了作用。操纵员继续试验,尽管他们知道在功率波动事件中需要大约 20 秒钟才能落下所有控制棒并停堆。5 确定事故的原因是不容易的,因为没有可比较的参考事件。作为事后措施,目击者报告和试验的重建都是需要的。事故原因仍被描述为人因失误和技术缺陷的综合结果。发生了事故的试验是在有时间压力的情况下进行的。因要继续为基辅供电,通向事故的事件序列 核电站 4 号机组,925兆瓦 RBMK型,将停机以进行定期维修,并利用此机会进行一项试验。试验的目的是为了验证在电站失电情况下,应急柴油发电机供电可用前,减速的汽轮发电机组的惯性能量能否提供足够的电
13、能给反应堆冷却剂泵。为避免主泵减速时反应堆应急冷却系统投运,反应堆应急冷却系统被故意解除。由于操作上的错误,堆功率降至 30WM(热功率),远低于 700-1000MWt的设计试验功率,在这此功率水平,正空泡系数是占有优势。吸收中子的裂变产物氙毒建立起来,再加上冷却剂流量的减少,使反应性下降,此使操作人员难于恢复反应堆。操作人员将堆功率稳定于 200MWt,但因缺乏反应性无法瑞进一步提高功率。操作人员决定继续进行试验。随着反应堆功率减少和8 台泵投运,冷却水流量超过了允许值。过量的冷却水吸收中子,减少反应性。为补偿反应性减少,操作人员抽出更多的控制棒。操作人员难于手动维持汽鼓的水位的压力。他解
14、除了相应的将会引起跳堆的保护系统。此时只有 8根控制棒在堆芯。程序规定至少要有 30 根控制棒用以维持反应堆控制。尽管操作人员知道不足的停堆余量将危险情况继续发展,他们仍继续进行试验。操作人员切断汽轮发电机进汽以进行试验。由正空泡系数引起一个突然的非预期的功率波动。反应堆功率呈指数级增加至正常值的大约 100倍。控制棒无法及时插回堆芯。燃料过热,一些燃料管破损。爆炸将 1000吨的反应堆密封盖炸离堆芯。第二次爆炸将燃烧的燃料碎片的石墨炸出堆芯。空气进入裸露的堆芯,使石墨慢化剂燃起大火。6 试验刚开始不久就被中断了9 个小时,因此试验被推迟到了夜晚。包括控制棒的处理在内的 RBMK 堆型技术设计
15、上的一些不足被认为是事故发生的决定因素。堆功率是通过升降控制棒来控制的:升棒增加功率,降棒吸收更多中子以减少功率。这种堆型在控制棒的设计上有一个致命的缺陷。在控制棒由完全抽出位置插入堆芯时,对应于控制棒的石墨跟踪体能增加堆芯底部的反应性。跟踪体是RBMK 型反应堆的特殊设计特点,它们用以挤走水并改善中子平衡。在切尔诺贝利核电站进行的试验中,太多的控制棒被抽出堆芯,而后当正空泡系数已经引起功率快速上升时又同时插入堆芯。此导致堆功率水平急剧上升而损坏堆芯。1983 年,在立陶宛同型反应堆上已经出现过同样问题,只是未产生如此严重的后果。这一经验未能传递到切尔诺贝利的运行人员。死亡情况 31 人死于事
16、故直接后果,其中 1 人死于爆炸,1 人死于冠状动脉血栓症,1人死于烧伤,28 人死于强辐射剂量。事故当天的 1000 名现场反应堆工作人员和事故处理人员接受的最高剂量的辐射。据估计,在 1986 至 1987 年 20 多万受照的事故抢救、恢复操作的工作人员中会有 2200 人出现辐射所致早亡。个人受照剂量信息是粗略的,但认为剂量应该在 1986 年的 170mSv 至 1989年的 15mSv 之间。通用的最大允许受照限值是自然本底之上每人每年 1mSv。比较而言,英国平均自然本底辐射水平是每人每年 2.2mSv。没有非现场人员遭受强辐射剂量。更多的事故对健康的影响,见第 9 页。后果 发
17、生了核事故的试验是在有时间压力情况下进行的,.试验被打断了9 个小时。7 随着反应堆芯全部裸露,放射性裂变产物和碎片的烟羽升入空中大约 1 千米。这些物质被风吹向西北,主要到了白俄罗斯,尽管包括乌克兰在内的其他地区也受到污染。大火在整个电站燃起,大约调用了 250 名消防人员,其中的许多人没有配备用以监视所受放射性辐照剂量的测量仪表。运行人员和抢险人员受到了表扬。许多人下班后仍留在原地待命,许多人冒着生命危险去救助其他人并将现场带入受控状态。大部分火势在清晨 5 时前被扑灭,但石墨大火又继续燃烧了9 天。释放到环境的主要放射性物质来源于石墨燃烧。4 月 27 日,普里皮亚特城被疏散一空,撤离人
18、员永远无法回来,这座城市保留着人们撤离时的原状。在事后的几年中,又有210000 人被重新安置到低污染区域,初始的 30 公里半径撤离区(2800 平方公里)被扩大至 4300 平方公里。为扑灭反应堆大火并阻止放射性物质释放,在事故发生后的头 10 小时内,消防人员连续向堆芯注入冷却水。这种无效的努力后来被放弃。从 4 月 27 日至5 月 5 日,30 多架军用直升机飞临燃烧的反应堆上空。为窒息大火并吸收辐射,他们倾泄了 2400 吨的铅和 1800 吨的沙子。这些努力仍然无效。实际上,他们使情况变得更糟:热量在坍塌的物质下面聚积,因此堆芯温度又上升,放射性物质数量也增加。在救火战斗的最后阶
19、段,堆芯被氮气冷却下来。直至 5 月 6 日,大火和放射性物质喷射才受到有效控制。5 月 9 日,为在堆芯下安装巨大的混凝土底板和冷却系统开始在堆芯下挖掘通道。混凝土底板被用作屏障以防止放射性物质渗流至地下水。最后,堆芯被墓藏于 300000 吨的水泥和钢筋屏蔽体(或叫石棺)之内,周围土地和建筑被去污。据估计大约有 6 吨的二氧化铀燃料、裂变产物以及许多其他放射性核素,主要是氙、氪、碘、碲和铯,扩散出去。根据国际卫生组织的信息,总共有大约 12 1015贝克的放射性释放。污染最高水平在事故现场 30 公里半径范围内,铯 137 的放射性水平超过了每平方米 1500 千贝克(kBq/m2)。由于
20、铯 137 易于测量,其被用作放射性指标。曾对健康构成最大威胁的、事故引起的另一种放射性元素碘 131(具有 8 天之短的半衰期)已经衰减。40 kBq/m2的放射性水平覆盖了乌克兰北部和白俄罗斯南 8 部的大部分地区,还有一定数量的烟云经过恰逢下雨而形成的热点地区。瑞典核电站的工作人员最先在苏联境外发现放射性烟云,他们怀疑烟云来自于瑞典的另一核设施。这一烟云被西北风带着,经过斯堪的纳维亚半岛、荷兰、比利时和英国,并留下痕迹。风向转变后,烟云向南走,覆盖了欧洲许多其他地区。几乎在北半球的每一个国家,直到北美和日本都能测到放射性污染,尽管南半球似乎例外。禁入区 围绕事故现场的 30 公里的禁入区
21、也被称作疏离区、切尔诺贝利区、隔离区或第四区。根据行政区划,它包括乌克兰的 Kyivska 和 Zhytomyrska 加盟共和国的最北部以及与白俄罗斯交界地区。为撤离当地人口并阻止人进入这一被严重污染的区域,在事故发生后不久就建立了这一禁入区。毗邻灾难现场的地区被划分成四个同心区,其中第四区(实际是最近的 30 公里半径之内)是最危险的,法律禁止在此区内的任何居住、民间或商业活动。对健康的影响 切尔诺贝利事故对造成长期影响健康的真正因素是无法确定或预知的。因切尔诺贝利事故,在白俄罗斯受辐射最严重的地区至少有 1800 个儿童和青少年患了甲状腺癌。甲状腺癌一般是可以治愈的疾病。根据联合国 20
22、02 年的报告,事故发生后患甲状腺癌病例的人群中,儿童和青少年患者将在今后几十年里达到 8000 个。IAEA 的报告说,事故中因受到辐射照射患上甲状腺癌的大约 4000 人中,大部分是儿童和青少年,其中有 9 名儿童已经死亡。根据白俄罗斯的经验判断,甲状腺癌受害者幸存的比例几乎达到99%。2005年 9 月,由联合国七个组织的100 多位专家,如世界卫生组织WHO,国际原子能委员会 IAEA,世界银行以及来自白俄罗斯,俄罗斯和乌克兰的专家们编写出版了一份报告(切尔诺贝利论坛报告2005)。报告的结论是,有 4000 多人最终因事故受到辐射照射而过早地死去。报告称事故对公众的健康影响不像当初所
23、担心的那么严重。科学家们基本上没有发现对周围地区的公众健康有严重的负面影响。也没有发现扩散的放射性物质继续对人体健康造成真正威胁,除极个别的禁入区以外。到 2005 年中期,灾难中直接受辐照引起的死亡人数不到50 人。几乎都是受 9 到高剂量照射的抢险人员,许多人在事故后的数月内死亡,其他人的死亡时间拖至 2004 年。切尔诺贝利论坛报告指出,与自然本底照射水平相比,居住在辐射地区的大部分抢险人员和公众都受到相对较低的全身剂量。结果是,没有证据表明人的生殖能力下降,也没有发现因受到照射而引起的先天畸形。报告还说,目前在前苏联普遍存在的贫困、精神健康问题以及生活方式改变引起的疾病较之于放射性爆炸
24、给当地社会带来更大的威胁。对死亡人数最终数据的估计在切尔诺贝利论坛报告中远低于早期关于辐照将夺走成千上万条生命的推测。1986年,一位世界卫生组织的代表在会上说,乌克兰当局称因事故造成大 于 10 万人死亡的说法是“虚构”的。他说,经证实的死亡人数约为 40 人;有些是死于当时直接的放射性照射,另外10 人是死于致命的由照射引起的甲状腺癌。联合国科学委员会原子能辐射影响署(UNSCEAR)?2000年的报告结论是,没有证据表明大部分在乌克兰或其他地方受到切尔诺贝利事故放射性照射的人遭受任何严重的长期健康影响。2002 年,联合国在一份关于切尔诺贝利事故对人类造成后果的报告中说,事故中有“相当多
25、不确定的后遗症”可能会对健康有长期影响。又说,受影响地区的这种病态继续以同样方式影响到前苏联的其他地区。人们对生命的期待远比西欧和南欧的低,尤其对男性来说,心脏病和心理创伤是死亡的首要原因。报告说,没有可靠证据显示有白血病的增加,而当初曾有预测会因事故而引发白血病。1986 年 4、5 月间受放射性碘照射的年青人中,被诊断出约 2000 例患有甲状腺癌。有报告称几千个清场人员在事故后死亡。但这些报告难于评估死亡的原因。首先,难以追踪那些人员的去向,因为他们已经返回到前苏联的各个地区。其次,任何一个 20 年中,人口都会正常死亡。(如发达国家的人口年正常死亡率为 0.3%,或每 20 年中每 6
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