切尔诺贝利事故，技术原理层面讲解

1986年4月26日凌晨，东欧大平原，苏联 乌克兰 普里皮亚季市南部。切尔诺贝利核电站四号反应堆爆炸，堆芯熔毁，巨量的核污染被抛向全世界，造成数万人死亡，33万人被迫离开家园，60万人受到不同程度核辐射。事故最危险的时候，一度将整个欧洲推向毁灭的边缘。

直到现在，最新的统计数据显示，这次事故造成的死亡人数为20万，这其中大部分是这个事故造成的慢性癌症的死亡人数，时至今日乌克兰、白俄罗斯的癌症发病率仍明显高于正常水平。

1898年居里夫人发现了镭的放射性，镭在放射的同时会产生一定的热量。从此原子能的潘多拉魔盒被人类打开。

从此，核能产生的巨大能量开启了人类的新纪元。当前人类的世界格局以及在核威慑下形成的长久和平都源于此。

用中子轰击铀235原子核，在原子核吸收了这个中子后会变成不稳定状态，并迅速裂变成两个中等大小的原子核，这个裂变过程会形成一系列的裂变产物，其中之一“氙”。就是此次事故的主角之一。同时有一定的质量衰减变成能量，并以射线和热能形式放出。这也是从核裂变中获得能量的来源。同时反应还会释放出三个中子，释放的中子如果再被铀原子核吸收，就会继续发生裂变反应，这就是核裂变链式反应的微观原理。

为了能让这个链式反应自发进行，就必须要保证铀235的浓度。一般像原子弹这种武器级别的铀235浓度都在90%以上，所以每一次裂变释放的中子几乎全部都能撞上铀原子核，同时也导致了反应不可控。所以就当做武器用。

而核电站的铀235浓度一般都在2%到5%之间。

切尔诺贝利采用的RBMK-1000反应堆，也叫石墨慢化沸水反应堆。

原理 就是利用反应产生热量，加热循环水产生蒸汽驱动发电机，同时循环水也可以将反应堆产生的热量及时带走以免反应堆被高温破坏。

组成反应堆的核心，浓度3%左右的铀235被做成柱状并由石墨做为中子慢化剂包裹。为什么要有这个慢化剂呢？发电用的油原料除了3%铀235以外，其余大部分是铀238，铀235能吸收慢速运动的中子。铀238可以吸收快速运动的中子，但是不会发生反应。所以外层包裹石墨减速中子，保证能被铀235吸以，产生反应。所以石墨在这里起到的做用是促进核反应的物质。要是听不懂，就记住一句话石墨是促进核反应的。因为石墨也是此次事故的主角之一。

接下来还有一个最重要的东西由硼元素构成的“控制棒”，硼对中子的吸收力极强。当控制棒插入反应堆，能强力吸收并且固定住中子。以此停止反应

所以通过调整“控制棒”的插入数量跟深度就可以调节反应功率。大体原理就是这些。接下来，看看事故当时都发生了什么。

反应堆当时在进行一次测试，测试内容是在断电的情况下，反应堆的自动维护。因为将废水排出，并将冷水汇入的水泵需要电力驱动。

为此，核电站配备了柴油发电机，但是发电机的启动需要一分钟的时间，这一分钟反应堆中累计的高温同样非常危险，这时有人想到了电厂蒸汽驱动的发电轮机，它在这一分钟内因为惯性作用应该还在转动，可以利用轮机的惯性给水泵发电，弥补这一分钟的电力空当。这个方法实验了三次都失败了，第四次实验就是1986年4月26日。

下午四点，核电站准备实验的四号反应堆被下调功率，由平时正常的32亿瓦降到了16亿瓦。可是这个时候乌克兰首府基辅边上的一个小电站突然关停导致用电紧张。基辅电力局因此通知切尔诺贝利先不要关停实验。工作人员虽然答应了，但是并没有调回正常的功率，依然保持在16亿瓦。

核电站的技术骨干一般都在白天上班，晚上都是刚来不久的新人值班。

裂变过程中的副产物氙135，和硼一样会直接吸收中子，使反应下降。正常情况下，巨量的中子会很快将氙135消耗掉。氙135吸收中子后会变成氙136，不再对反应产生影响。可是在功率减半后，中子的生成量减小，不足以消耗掉氙135，这就导致了在这数小时内氙135的浓度一直在大幅增长。

凌时1点，功率从16亿瓦降到7亿瓦，准备开始实验，这就导致了中子产生的进一步下降，很快功率就不受控制的下降到了3000瓦。此时值班主任已经意识到了接下来会产生氙的问题，但是他不知道的是早在10小时前氙就已经开始积累了。此时按照规定应该做的就是关停反应堆24小时，直到氙135通过自身衰变完全消失。

当然这就意味着此次实验的再一次失败，代理总工程师显然不愿意接受这一事实，于是说服了值班主任，并尽可能多的拔出控制棒，让核反应堆自行恢复功率。

由于此次操作违反规定，总工程师命令关闭警报系统和控制棒的控制系统，完全改为手动控制。同时反应堆中的功率勉强维持在2亿瓦，主任要求就在这个功率下进行测试。

于是水泵断电，等待轮机惯性产生的电力再次驱动水泵，由于水循环停止，反应堆中的水开始沸腾产生气泡，本来水对中子的吸收也有一定的作用，可是气泡的形成让这一效果下降，反应被加剧，于此同时，功率在2亿瓦运行的核反应堆产生的中子很快便耗尽了其中的氙135，在氙浓度降低的同时，核反应功率开始上升，由开始的缓慢上升突然变成激增。

这时值班主任看到反应已经失控，迅速按下紧急关停按钮，谁也不会想到这是一个毁灭性的操作，由于新人迫于值班主任的压力，将控制棒完全拔出，这是正常情况下永远不会出现的操作。而控制棒的低部是一段很长的石墨，我们前边说过石墨会进一步促进反应。

按照原来的设计，控制棒是为了加速反应，这样裂变反应物铀235就不需要那么高的纯度。一句话，铀太贵了。用石墨可以部分代替。

可是当时在场的所有人并不知道这一点，所以急于插入控制棒，但首先进入堆芯的不是硼，

而是石墨。

反应在一瞬间急剧增加了上百亿瓦，同时剧烈反应让反应堆中的部分水瞬间气化，产生的压力扭曲了反应堆，这就让控制棒无法继续插入，石墨被卡在了反应堆的正中，最后一次显示的功率为330亿瓦，10倍于正常功率，堆芯在高温下瞬间熔毁。1400吨的反应堆顶端随着一声爆炸被抛向空中。

氧气进入反应堆，一切能燃烧的物质在高温下迅速发生爆燃。剧烈的爆炸让包裹着放射性物质的石墨到处飞散。核电站的上空出现了一道幽蓝色的光柱，那是空气中的原子在吸收高能射线变成激发态，然后又回到非激发态时放出的光谱。

放射性物质借助爆炸的冲击波以及大气流动开始迅速身周围飘散。

辐射对对一般人来说神秘又可怕，辐射确实可怕，但是，并不神秘。

从微观来看很简单，也正是作用原理的简单导致了它在很大程度上的无懈可击。首先，辐射中会产生各种高能电磁波，主要是穿透力极强的X射线和伽马射线。强烈的紫外线也会导致皮肤晒红，受伤。不同的是，伽马射线会让这个过程在一瞬间发生，并继续作用于深层细胞。

然而辐射中含有很多有质量的射线，由于物质都是由原子构成的，而且真正有阻挡作用的原子核只占原子体积的万分之一，所以这些比一般原子还小的粒子可以轻易穿过，冲进人体内部，让人体大部分分子发生电离，实际上就是把DNA、RNA蛋白质等分子撞烂。

人体的一切构造和生命活动都是DNA上携带的遗传信息指导的。比如干细胞，本来人体的细胞除了神经细胞以外，每七年就会更换一遍，这就是干细胞不断根据DNA指引分化成不同功能的细胞代替老化的细胞。可是DNA被破坏以后，这些干细胞会释放繁衍天性无限增殖，也就是我们常说的癌变。

现存的细胞由于DNA破坏，无法实现特定的功能，很快全身内外，溃烂，人体的一切生命活动紊乱。

在发生爆炸以后，第一时间前来灭火的消防员以及在反应堆采取紧急措施的电厂工作人员，在一周之内变的不成人形，相继死去。这种死法比凌迟残忍千万倍不止。

而旁边的普里皮季亚市很快就暴露在致命的辐射中，而大部分人的生活依然照常，甚至还有很多人去事故现场围观、看热闹。

关于苏联官方在事件之初隐瞒消息这一点，在各种资料中了解到确有其事，不过目地很大程度上是为了防止人民对核能产生恐慌。而不是推卸责任。

即使四号反应堆出现了如此严重的事故，其它的1.2.3.反应堆并没有因此停机。其中3号反应堆一直运转到了2000年才被关停。原因是“穷”……

此次事故对全球环境造成了难以相像的负面影响，事件造成的死亡人数就因多种原因难以精确计算，其中苏联时期的刻意隐瞒使得统计工作变得非常困难，事故发生不久，苏联方面就禁止医生在死亡证明上提及放射性的死因。

史无前例的灾难发生了，苏联到底是怎样应对的呢？整个事件为什么会发展到差点毁灭整个欧洲的严重程度。苏联究竟付出了什么样的代价？下期再说

本文出自《斑斓可见》