切尔诺贝利事故分析

-.z.切尔诺贝利核事故分析摘要本文对切尔诺贝利核事故进展了全面的分析。阐述了核反响堆的放射性核产物作为核事故的污染来源。描述了切尔诺贝利核事故发生的全过程，总结了事故发生的主要原因。具体说明了切尔诺贝利核事故的国际影响及各国的应对措施。同时，本文综合介绍切尔诺贝利核事故对人员伤亡、生态习境、民众安康、公众心理、社会经济等方面的影响和后果，并针对核染物进展的应急处理技术进展了详细的介绍。在此根底上，对切尔诺贝利核事故进展深入思考，在应急预放、平安措施、运行平安、平安管理和事故后处理等方面作出了经历总结。关键词：切尔诺贝利核事故；核污染；核平安；核电站1.切尔诺贝利核事故污染物来源核污染的来源主要有核武器爆炸、核反响堆的核产物及核废料、医学及科研和工业生产四种。核反响堆的放射性核产物及其报废燃料是核污染第二大来源。核电站及其它反响堆中大量裂变核废物，原则上是完全密封的，只在停堆换装核燃料时才取出转送到专门核废料处理厂进展处理。一局部回收做新核燃料，剩余废料则经密封包装转送到专门核废料库永久保存。上述生产、运输及加工过程的任何泄漏都是造成环境核污染的来源。由于对于核平安的极端重视，现代核电站、反响堆正常运行中的泄漏是严格制止的，一旦有泄漏发生就是核事故。前苏联切尔诺贝利核电站堆芯熔化的大泄漏事故，是人类历史上最严重的一次技术灾难，在事故中释放物质的放射性核素组成是很复杂的。碘和艳的放射性同位素是最具放射学意义的：碘的放射性半衰期短，在短期内具有较大的辐射影响;艳的半衰期为几十年，具有较大的长期辐射影响。释放到大气中的物质广泛地扩散，最后沉积到地球外表，实际上在整个北半球都遭到了可以测量到的污染。事故对乌克兰及全东欧环境造成严重核污染。2.切尔诺贝利核事故发生的过程及原因切尔诺贝利电站共有4套机组。第1,2号机组于1977年投产，第3,4号机组于1983年11月投产。4套机组均为1000MWe(3200MWt)的石墨慢化压力管式沸水堆。这种堆用1700t石墨砌块作为慢化体，有1661根平行的压力管垂直穿过石墨慢化体，燃料组件即插在这些垂直压力管内。还有211根控制保护系统管道分布在石墨砌体中。堆芯等效直径为11.8m，高7m，总计装有约190t含2.0%铀235的低加浓二氧化铀燃料。反响堆备有应急堆芯冷却系统、应急供电系统和一系列平安连锁装。发生事故的是电站的第4号机组。该机组原定于1986年4月底停堆中修。在停堆前方案进展一次旨在提高供电系统平安性的涡轮发电机组惰转供电试验，即利用涡轮发电机组的惯性在蒸汽供给中断后继续维持短时间供电，以保证反响堆的平安。4号机组从1986年4月25日1点整(莫斯科时间)开场降低功率，到13点5分降低到额定功率的50%，随后由于电网的需要推迟了机组从运行状态下解列，直到23点10分又开场降低功率。惰转试验预定在反响堆功率降到额定功率的20%-30%时进展，但由于堆的复杂动力学过程不易控制，操作时发生过冲而使功率降到额定功率的1%以干。为了重新提升功率，操作人员做了大量的努力终未成功，因为此时反响堆已掉入"碘坑〞，由"碘135〞衰变为"氙135〞的过程使"氙135〞大量堆积，降低了堆芯的反响性。为了补偿这种反响性的降低，把功率提上去，操作人员不顾反响堆平安所需反响性余量〔以插入堆芯的控制棒数目来表示，不能少于30根〕的要求，在反响性余量只剩6-8根控制棒的情况下继续运行，把大量控制棒提到堆芯顶部，使之处于不能有效控制堆芯反响性的失效区。经过约2小时的折腾，功率回到200MWt〔约为额定功率的6%，仍低于预定的试验条件)，开场着手试验。操作人员为此又投入了两台备用主循环泵，使冷却剂流量大大超过标准，因而蒸汽量减少，压力降低，水位下降到紧急事故水位以下。为了防止停堆，操作人员切断了与此有关的事故保护系统。26日1点23分4秒，开场试验，关闭8号涡轮发电机的事故调节阀使之惰转。为了不致因此而自动停堆，以便在一次失败后还可以重做，事先解除了与此有关的保护系统。此时，蒸汽流量的减小使压力逐渐上升;另一方面，由于8台主泵中的4台已从主电网中解列，单独由惰转的涡轮发电机组供电，它们随涡轮发电机惰转而减速，使循环水总流量下降。两个因素在汽泡正反响性系数条件下竞争的结果使功率急剧增加。终于，在1点23分40秒，值班长下令按"A3-S〞按钮实行紧急停堆。但这时由于控制棒已处于最高位置，不但不能对堆芯反响性进展有效控制，反而在控制棒向下运行的最初时刻里引入了新的反响性增长。操作人员感到了堆内几次震动，控制棒中途停顿，没有完全插入堆芯。接着操作人员断开控制棒驱动装置的电源，想使其随重力下落，但已无济于事。1点24分，接连两次强烈爆炸。以下事实已得到确认：①第一次爆炸使一些材料抛出，②第二次爆炸使燃料和石墨抛出，在反响堆厂房外发现了石墨砌体碎块，④在反响堆厂房外发现了燃料碎片;⑤反响堆厂房严重破坏，回吊车和装卸料机倒塌，①爆炸掀起100。吨重的反响堆上盖板，⑧所有压力管断裂，⑧链式反响停顿。两次爆炸后燃烧的石墨飞到其他厂房顶上，3,4号机组共用的涡轮发电机厂房房顶的沥青也燃烧起来，厂里大火达30处之多。烟和火焰升腾起大约1.8km高的烟柱，把大量放射性物质送往前苏联西部，送往北欧，送往整个北半球。总结这场核悲剧的原因：首先，RBMK-1000型反响堆的匹配系数过高。(这种缺陷已在仍旧使用的反响堆中得到改正)。其次，对在非标准情况下运行的反响堆机组的动力过程缺乏可靠的知识。第三，反响堆控制系统有缺陷，尤其是在反响堆额定输出功率低于10%的水平上，这套系统不能对堆芯区各部份的运行分别进展控制。第四，控制棒切入过缓及制造上的缺陷导致反响堆紧急保护水平过低。第五，在反响堆交流发电机的停机实验过程中，违反反响堆机组操作根本规程，人为地造成了反响堆控制中的错误。3.切尔诺贝利核事故的国际影响及各国的应对措施这次事故，从堆芯逸出的放射性物质估计为9.25*-1.85*Bq，其中约3.7*Bq碘和7.4*Bq艳。释放过程持续了10天，到5月6日才使之突然降到"第1天释放量的约1%"。由于当时低空风弱而多变，1500m高空为8-10m/s的东南风，污染物主要沉积在西北部的白俄罗斯和俄罗斯与乌克兰局部地区，即所谓"乌克兰闯祸，白俄罗斯受害〞。高空风将污染物吹往芬兰、瑞典等东北欧国家。正是在瑞典，首先于4月27日探测到了这次事故。事故发生后，受到影响的各国均发动了国内有关的技术力量对全国环境放射性水平进展全面监测。在北欧，挪威政府虽正值改组，仍任命了一个由卫生和社会事务部和环境部联合组成的委员会来处理此事。瑞典由地质公司用航测来确定全国范围内铯137的沉降及其分布，由国家防务研究所在50个地区测量地面γ辐射场及其能谱，在7个地区测大气中微尘放射性浓度。在匈牙利，由国家放射生物和放射防护研究所在全国选123个点测户外Y剂量率及其能谱。奥地利亦进展全国范围γ剂量分布的监测。联邦德国组织了全国9个全身计数器实验室，对全境各地区居民体内铯135水平进展了监测，持续了1年余。甚至远至巴西和中国亦进展了环境放射性监测。在进展上述监测工作中，涉及到许多部门，如环境、气象、水文、地质、防务、农业、食品和卫生等部门。监测工程包括烟云行径，粒子沉降及其转移，在环境介质和人体内的污染水平以及居民受照射剂量的估算等。上述部门在履行其职能时发现的问题是:有的国家由于国际上大气层核试验已停顿多年，全国性监测系统的应变能力已近乎瓦解状态，无充分的应急方案，导致仑促上阵;有的国家全国范围内使用的测试方法不统一，导致结果难以比拟。关于监测结果如何通报和向公众发布，各国的做法也不一。奥地利Steinhausler认为，分三种范围考虑结果的通报:地区范围内在包括各方人士的协调委员会内通报最有效;全国范围内常由于官方机构通讯超负荷而延搁，故较好的方式是科学家之间的个人接触;在国际间则宜采用传统的方式交换情况。挪成和匈牙利通过新闻媒介发布消息。而土耳其为防止居民中产生不安和混乱不发布监测结果。4.切尔诺贝利核事故的危害4.1事故造成了大范围不同程度的环境污染事故发生时，反响堆爆炸形成的放射性尘埃飘到俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰，也飘到欧洲的其他国家和地区，例如:土耳其、希腊、摩尔多瓦、罗马尼亚、立陶宛、芬兰、丹麦、挪威、瑞典、奥地利、匈牙利、捷克、斯洛伐克、斯洛文尼亚、波兰、瑞士、德国、意大利、爱尔兰、法国和英国，造成了空气和地面不同程度的污染。至今西欧有的国家还在对牛奶实施放射性检测。核电厂周围6万多km，的土地受到了直接污染。环境中的放射性物质对人群的影响主要取决于作用途径。外照射主要是沉降在地表的放射性物质;内照射主要是食人被放射性物质污染的食品所致。在事故后头几周，最主要的放射性核素是碘，1987年以后，放射性主要来自铯134和铯135，少量来自锶90。事故后早期，主要食物，如牛奶和绿色蔬菜受到放射性核素的污染，放射水平超过了WHO/FAO制定的允许水平。从长远计，农业上采取有效措施减少食用作物放射性艳的吸收是必要的。目前由集体农庄生产的食品的放射性水平没有超标，而个体农户生产的*些食品则多超过允许标准。在今后十年内，当地从半自然环境(如牧场、林区和山区放牧的动物)而来的*些食品及野生食物(野味、浆果、蘑菇)的铯137水平仍将超过WHO/FAO的允许标准，有时会很高，这将成为内照射剂量的主要来源。4.2事故造成了大量人员死亡和癌症患者对人员死亡和因核辐射引发的癌症患者在报道中相差很大，按官方的说法，因事故当场死亡30人，事故至少造成9.3万人因辐射患癌症死亡，27万人患癌症，大约600万人受到核辐射的侵害。4.3设立半径30km的禁区，撤离人员永远离开了家园在事故处理中，当局将以核电厂为中心、半径30km的广阔区域划为禁区，在该区域撤离了135000人。原来这里是生活的天堂，事故后变成了荒无人烟的地方。20年后有报道称:隔离区内的平均照射度仍大于100毫伦琴，隔离区以外是较重污染撤离区，平均照射度在60毫伦琴左右，个别地方可达150一200毫伦琴;再往外是轻度污染的准撤离区，平均照射度在30毫伦琴;有人担忧20年前的锶90和铯137还会对土壤的污染仍会存在，植物、昆虫和蘑菇等仍会从表层的土壤中吸收铯137,有些科学家担忧核辐射会对当地人造成几个世纪的影响。4.4对地表水体造成了污染放射性尘埃落到附近第聂伯河的水体中，在库区聚集，造成对水生物的严重影响。从资料中发现，核电厂的根底坐落在粘土层上，粘土层较厚，粘土层下面是一含水层，该含水层是当地和乌克兰首都基辅市的地下水源。由于粘土层的不透水性和对放射性核素的吸附作用，地下水未受污染，所以，事故处理中没有像福岛核事故那样闹水荒。4.5前苏联政府为处理事故付出高昂的代价，今后还会付出多大代价尚无法预测专家估计，事故处理花费达数百亿美元，可建10多个这样的该核电厂。建平安封闭壳需8.7亿欧元，该壳的设计寿期为100年，100年后还要投资，是一个无底洞。4.6对人类心灵的创伤无比巨大，严重影响核能的开展在事故后的十年中进展的几项重要的调查说明，切尔诺贝利事故对人群中发生的恐惧、抑郁、焦虑、失望等心理安康紊乱病症有重要影响，但与照射并不直接相关。以下因素对心理障碍的发生有重要作用。〔1〕严重的核事故发生后，因害怕强制性撤离、担忧原社区关系的变动、对辐射的惧怕、生活环境的突然变化造成的诸多不便等原因，致使公众普遍产生精神压抑、心情焦虑、精神压力加大等心理损伤表现。〔2〕重大的事故后，公众没有及时从官方得到关于事故确实切的信息，强制性搬迁、社会联系中断、几年后仍不了解事故的根本情况，公众对官方的表态产生疑心和不信任，易产生失望和无助感，加重了心理失调。〔3〕苏联解体的震动和经济衰退造成的生活困难，使民众精神压力加大，心理损伤严重且持久，这种状况对社会心理影响是强烈的，加重了事故后公众的心理和精神压力。〔4〕人们对辐射危害和防护知识了解不多，普遍担忧照射将会伤害身体安康并危及后代，把当地疾病发病率的增高都认为是辐射造成的，尤其甲状腺癌发病率的增高更加重了人们的心理和精神上的负担。切尔诺贝利核事故后，国际社会陷入了核恐惧中，德国、美国等国掀起了反对建立核电厂的浪潮，20多年核能开展陷人低谷。5.针对核染物进展的应急处理技术5.1物理法5.1.1吸尘法用真空吸尘器吸除降落在物件外表上的污染物。此法简单易行，但对固定性的核污染去除的效果较差。5.1.2机械擦拭法利用特殊设计的设备对不复杂污染面进展远距离擦拭或打磨，并配备排气净化系统除去擦拭过程中产生的气溶胶。高压喷射法利用高压喷头射出水或者蒸汽，用机械力破坏污染层，压力可高达1000Kg/QUOTE。也可在水或压缩空气中加人氧化铝、碳化硅、钢、玻璃等磨料，用磨料冲刷受污染外表，到达去污的目的。但这些磨料不但会损伤设备外表，而且会造成二次污染。超声法该法利用18一100kHz机械振动在固液交界面产生空化作用到达去污的目的，但受容器尺寸的限制。5.2化学法化学去污就是利用化学清洗剂溶解带有放射性核素的污腻物、油漆涂层或剥离氧化膜层，从而到达去污的目的。所用化学药品包括无机酸类、有机酸类、氧化复原类、鳌合剂类、碱类、外表活性剂以及溶剂、缓蚀剂、促进剂等。去污效果与去污剂种类、浓度、作用时间、湿度、搅拌情况等很多因素有关。一般多种清洗剂交替去污比单一清洗剂连续重复使用效果好。更换去污剂时，漂洗不可少，以防止试剂相互干扰。5.3电化学法该法将去污部件作阳极，电解槽作阴极，在电流作用下污染外表层均匀溶解，污染核素进人电解液中。此方法去污效率高，电解液可重复使用，二次废物量少，可用于构造复杂部件去污，可远距离操作，在1000一2000电流下可使部件外表光滑均匀，但费用大，需严格控制操作，不能对非金属部件去污。5.4物理一化学联用法该法利用化学药剂的溶解作用加之机械力去除放射性污染物，相对单一的方法效果要好得多。5.5微生物去除方法微生物去除技术，是一种把自然存在的生物损害性行为转变为有用活动的方法。"Tbiobacilli〞是所知能使混凝土受到"微生物作用裂解〞(MID)的3种细菌中的1种，在其生存过程中会制造一种腐蚀性副产品—硫酸，在侵蚀混凝土外表的同时能松弛污染层。研究人员利用Tbiobacilli的这种特性，将Tbiobacilli、纤维素与一定比例的单质硫混合，然后把其产生的黄色粘凝物"硫酸〞涂在混凝土上，之后再把软化裂解的小块混凝土吸离墙壁、天花板或地板即可。在实验中已采用此技术每年除去10-12mm的污染层。缺点是速度较慢，但对*些目前还不能处理的核污染，微生物去除法还是一个很好的选择。5.6燃烧处理燃烧是目前国际上广泛采用的处理可燃放射性废物的有效方法之一。针对被核元素污染的纤维类物质、塑料、橡胶类物质、有机离子交换树脂、废有机溶剂等可燃性的废物，可采用燃烧进展处理，以到达大大减容的目的，最后再对燃烧后所得的焚灰进展水泥固化，以便进展最终处置。中国辐射防护研究所在"多用途放射性废物燃烧工程试验装置〞研制成功的根底上，给*核工厂设计、加工、安装的国内第一套"可燃核废物燃烧装置〞在600h的试车中，各项技术指标均达标，处理效果好。燃烧虽然有很好的减容效果，但只能用于可燃的核废物处理，并且费用较昂贵。5.7超级压缩处理以前认为不可压缩的废物如退役过程中产生的混凝土渣、各种管道、阀门等，现在可用压力达2000t的超级压缩机进展压缩处理，从而到达减容处理。这种方法虽然可以将受核元素沽染的设施一并处理，减少向环境的转移，但压缩后体积较庞大，后续处理较麻烦，处理本钱相对较大。6.切尔诺贝利核事故的经历、教训和启示6.1加强平安意识，预防核事故随着科学技术的不断开展，核能技术的日趋完善，核电厂发生严重辐射事故的可能性已降低。切尔诺贝利事故的发生有其特定条件，即RBMK型反响堆设计上有缺陷，停堆系统不健全，加之违反操作规程，以致酿成重大事故。此次事故后，在国际社会的协助下，对该类型的反响堆进展了大量的技术改造，加强了人员的技术培训，完善管理制度和操作规程，使反响堆的平安性能得到显著的提高。切尔诺贝利事故提醒人们，加强平安意识极为重要，在工程设计和建造、运行和管理、人员培训和操作程序、事故响应和应急救援准备等方面都要贯彻"平安第一〞的原则，坚持常备不懈，定期检查，以预防可能发生的核事故，保证核能事业的不断开展。6.2加强运行管理，提高运行平安运行是确保核电站平安的最重要的环节。设备缺陷和建造质量间题最终也是通过运行来暴露的.高质量的运行人员和严格的运行管理可以防止事故的发生和限制事故的开展。切尔诺贝利核电站的情况却不是如此。从上述事故过程可以清楚地看到造成切尔诺贝利核电站四号机组严重事故的主要的直接的原因是操作人员的过失和错误。在核电站运行平安和运行管理上我们从中可以学到如下经历教训：〔1〕提高运行人员的核平安教养"NuclearSafetyCulture〞这是"切尔诺贝利事故后讨论会:’着重提出的。运行人的资格要求、平安素质和技术水平受到更大的重视。强调培训的重点要使其熟知反响堆及其运行，并要使用核电站模拟器来使运行人员获得严重事故进程的实际知识.制订一个严格的操纵员资格要求和考核发证规定是十分必要的。〔2〕加强运行管理规定定期地由核电站营运单位或上级机构进展考察和检查，‘以防止长期日常运行所产生的自满和僵化情绪。对于非日常性的离开规程的操作或实验尤其要加以重视。〔3〕加强运行人员与研究设计人员之间的沟通研究设计人员对反响堆的内在机理、动态过程、事故进程考虑较多，理解较深;而运行人员则偏重于对操作规程的了解。加强两者之间的沟通，使运行人员能够深人了解综合的物理、热工水力和系统响应的知识，将大大提高他们对付异常现象的应变能力。〔4〕处理好人机关系切尔诺贝利核电站一些重要的运行禁令和平安限制只在操作规程中加以规定，而不是在设计中采取相应措施或加以闭锁。也就是说，过多地依靠人而不是自动保护。从四号机组事故中我们已经看到把至关重要的平安限制都交给操纵员处理所带来的严重后果.实践也证明对于突然事件，人在极短时间内反响所犯错误的几率并不低.一些国家(如法国等)的平安设计规定了事件发生后半小时内人不千涉的原则。但是，过去的实践经历也证明在人因有利条件下人的干预是十分有效的.因此，如何处理好人机关系是运行平安中一个重要的有待深入研究的问题。6.3.重视核事故心理效应和对策