阅读笔记：（技术上）切尔诺贝利是为何爆炸的？为了做断网停机实验_风闻

为啥对这个感兴趣？本来是和一个哈美分子吵苏联模式下千人医生数量，好像1940年时就5.7了？美国现在才2.4吧？古巴都6.X了，中国2.59……

当时是想找啥资料反驳他说的国企和干部消耗了80%的医疗资源的说法，但是不知道怎么找论据。结果在必应、百度、360搜索时，意外看到啥苏联搞过什么骇人听闻的实验的帖子。高赞答案是说什么炭疽实验死了很多人的，剩下的就是讲切尔诺贝利的。

不过倒是第一次找到了完整的介绍切尔诺贝利事故的起因，居然是为了提高安全星座的额外实验导致的事故。

我看了两遍，挺头疼的，大概意思是说反应堆停机的时候，依然需要持续注入1分钟的冷却剂来确保安全，这时1分钟要注入28吨冷却剂，必须用很多外部电力；苏联人假设了一种场景，也就是电网发生故障时应该怎么办？初期方案是用多个柴油机发电注入冷却剂。

但是柴油机从启动到达到最大功率需要1分钟的暖机预热时间，这个时间段内会有危险。所以当时发电厂自己构思了个方案是用涡轮机的惯性发电，产生的电力来供应45秒的冷却剂注入。不过这个实验持续做了2次都不成功，惯性电力似乎不够多？于是对发电机的效率又做了些改进进行第三次试验。

第三次试验从原理上来说并不危险，所以不用联系原始设计方，厂子里自己就审批完成了。但是实验当天赶上一个火电站出故障，要求核电站持续供电，结果实验时间被推迟到晚上了。

预先受过训练的那批试验人员下班了——苏联人坚持8小时工作制也太死板了吧？新上来缺乏训练的人员（有个是3个月前刚升职的），居然继续执行这次试验，搞了什么加速停机啊，关闭自动安全系统啊之类的违规操作来省事，莫非晚班实验完成的快能赶紧下班不成？

于是出了乱子，3个人里有2个当时想关机，1个打算继续做并说服了另外两个人。然后继续用他们设想的应对方案去救急，乱上加乱……而且反应堆上的一些操作本身是反直觉的，如紧急停机机制会打来临时性功率暴增，反而导致爆炸。

然后还有什么保护层只修了一层，并且违反安全规范用可燃的沥青来修，加大火灾等问题。

整体上为了解决安全隐患而做的实验反而导致了爆炸，真是个悲剧。不能多布置一些柴油发电机，确保哪怕是低功率运转的发电机也能充分供应冷却剂吗？

另外不能多付点加班费让受过训练的人加班……最好是额外付点设计费，咨询费，把原始设计人员也找过来监督实验。涉及核反应堆的实验怎么能让新人负责？

突然想到，听说汶川地震的时候我国的核反应堆当时也出了类似的问题，结果是军方紧急运进去了一些柴油发电机解决的。

——————以下是原文：

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蒸气涡轮测试计划

在正常运作状态下，核裂变反应堆有6%的功率来自反应产物之余热。在启动紧急停机后，尽管连锁反应停止，这些余热仍会继续产生，因此冷却系统必须持续运作以避免堆芯熔毁。RBMK反应堆使用轻水作为冷却剂，四号机具有1,600个独立燃料管道，每个管道每小时需要28吨轻水进行冷却作业。

切尔诺贝利核电厂的各机组均配备三台备用柴油发电机，以确保在紧急停机且电网异常时，冷却泵能持续作动。然而，尽管柴油发电机可在15秒内启动，却需要额外的60～75秒暖机，方可输出泵运作所需功率5.5MW。长达一分钟的空窗期是切尔诺贝利电厂的一大安全隐忧。

当时提出的解决方案是利用蒸气涡轮的惯性。紧急停机后，蒸气涡轮仍会持续转动一小段时间，根据分析，此残存的涡轮动量可发电供应泵运作45秒，恰好支应空窗期的电力需求。切尔诺贝利电厂为了验证此一构想，于1982至1985年间进行了三次测试。1982年的第一次测试显示发电功率不足，在调整系统后，1984，1985年的两次测试依然失败。

于是电厂计划于1986年，利用即将进入岁修的四号机进行第四次测试。由于本次测试主要牵涉电源切换，无明确风险，测试计划书也就仅由厂长批准，并未跟原设计厂NIKIET和核电管理单位再次确认。然而，问题并非出在测试计划书。若测试完全遵守计划程序，整个反应过程将会是稳定安全的，并不会发生最终的爆炸灾难。

原先的测试程序为:将机组功率降低至700MW到800MW，但不得低于700MW。蒸气涡轮发电机全速运转。上述条件满足后，切断涡轮发电机之蒸气供应。记录涡轮发电机的发电数据，判断其是否足够供应空窗期需求。紧急发电机暖机完毕，涡轮发电机结束发电。空窗期问题在切尔诺贝利核电厂营运后始终未能妥善解决，是电厂管理方的重点改善项目。

也许正是因为这样的压力，使现场的管理人员在问题重重的情况下，仍执意进行第四次测试。测试前置测试前置作业于1986年4月25日早班前展开。早班工作人员已受过行前训练，一批电机工程师组成的小组也将在场测试新的稳压系统。4月25日1点16分，四号机组开始逐渐降低输出功率。在早班人员上工时，输出功率已降至正常（3200MW）的一半。

碰巧的是，有个小型发电站无预警跳机，基辅电网调度单位遂要求切尔诺贝利优先支援傍晚尖峰用电，延后降低输出。厂方同意，于是测试被推迟至当日深夜。其他不影响输出功率的前置作业依然持续进行，包括关闭紧急核心冷却系统，一个在紧急状况下向核心注水降温的系统。尽管ECCS不足以阻止最终的爆炸，但关闭它也反映了本次测试对安全的极端忽视。

当日23点04分，基辅电网允许机组继续降低输出。延后测试带来很大的影响，受过训练的早班人员早已下班离开，晚班人员正准备交接下班，大夜班人员在午夜后将会独立作业。根据原先计划，测试应在早班结束并完成停机，大夜班人员只需管理冷却系统即可。此时计划更改，大夜班人员为了在交接结束前做好测试准备，决定极快地降低功率。

此时值班主任为亚历山大·阿基莫夫（Alexander Akimov），操作员为利奥尼德‧托图诺夫（Leonid Toptunov）。后者三个月前方才升任高级工程师。测试计划要求四号机输出功率缓慢降至700至1000MW。4月26日凌晨12时05分，输出功率降至700MW，但反应堆内产生的衍生物氙-135持续吸收中子，使得输出功率持续下降，这个现象称为"反应堆中毒"（英语：reactor poisoning）。

正常功率运作下，充足的中子能将氙-135"烧掉"化为氙-136，但功率过低时，中子供应速度不及于氙-135的产生速度，反应因而逐渐停止。当输出功率降至500MW时，托图诺夫又错误地将控制棒插的过深，让反应堆达到停机状态，输出功率为0W。此刻，反应堆的输出功率是测试计划的5%，值班主任阿基莫夫非常不安，和托图诺夫共同支持直接停机。

但负责指导实验的代理总工程师阿那托利·迪亚洛夫（Anatoly Dyatlov）执意继续进行。两人被说服后，命令控制室人员关闭控制棒自动控制系统，再以手动控制抽出大量的控制棒。数分钟过后，反应堆输出增加，稳定维持在160-200MW，仍然较计划之测试起始功率700MW为低。这是因为低功率状态让氙-135持续生成，毒化反应堆并阻止功率上升。

低功率且充斥氙-135的反应堆造成核心温度，冷却水流与中子流的不稳定，触发了一系列警报。控制室收到大量来自冷却系统与蒸气管路的紧急信号。但为了提高反应功率，工作人员对凌晨12时35分至45分之间的警报一概置之不理。其他前置作业也于功率回升至200MW时展开。4月26日凌晨1时05分，额外的冷却泵按照计划启动以增大冷却流。这却使冷却流通过冷却塔的时间减少，冷却水的均温因此增加，接近核态沸点，这让反应堆更不稳定。

水流于1时19分超过额定上限，触发了低蒸气压警报。于此同时，增大的水流降低核心温度，又吸收了一部分中子，使得功率依旧无法上升。夜班人员于是关闭两个循环泵，降低水流，并手动移除了更多控制棒。一系列见招拆招的操作让反应堆变得极度不稳定。按操作规范，在紧急情况下仍需保留至少28支控制棒插入以确保安全，此时却只有18支插入。

自动SCRAM停机系统与许多自主/被动的安全功能被关闭，只保留了人工紧急停机系统（“AZ-5”/迅速紧急防御-5按钮）。反应堆的配置已经超出原始设计的安全范围，只要有一点扰动，便足以走向毁灭。测试与爆炸凌晨1点23分04秒，测试正式开始。八个循环泵中有四个保持运作(正常运作下通常开启六个)。蒸气供应被切断，柴油发电机开始暖机，在1点23分43秒前，涡轮发电机必须要满足循环泵的用电需求。

随着涡轮动量逐渐降低，发电量逐渐下降，泵输出的水流量也随之降少，蒸气气泡数量增加。在切尔诺贝利的RBMK石墨缓和反应器的特殊设计中有一个相当高的“空泡系数”（void coefficient），意味着在没有水、仅有水蒸气时，减低的中子吸收作用会使反应堆的功率迅速地增加，在这种情况下形成了一个危险的正循环：蒸气气泡增加，降低了水吸收中子的效率，进而导致输出功率增加；而输出功率增加，又会导致更多的气泡产生。

自动控制系统试图阻止正循环发生，但它只剩下12支控制棒的控制权，因而无能为力。凌晨1点23分40秒，根据SKALA中央控制系统的纪录，AZ-5按钮被按下，启动了紧急停机系统。启动AZ-5的理由至今不明，可能是为了因应温度急遽上升的紧急措施，也可能纯粹是测试结束的停机程序。究竟AZ-5是在警铃大作时，还是一片安详时被按下，至今仍是众说纷纭。

在AZ-5按钮被按下后，被抽出的全部控制棒开始重新插回反应堆中。控制棒的移动速度为每秒0.4米，完全插入7米高的核心需要18至20秒。RBMK反应堆控制棒的设计也是一个大问题。控制棒的底端连结了一块促进连锁反应的石墨。原本的设计用意是让控制棒抽出时，底下的石墨能促进并均匀连锁反应。但这也导致一开始插回控制棒时，尾端的石墨取代下方吸收中子的水，一来一往反而促进了反应速率。

直到控制棒插入足够深，反应速率才终于被抑制而下降。此违反直觉的“先升后降”现象在1983年被立陶宛的伊格纳利纳核电厂所发现，但因为该次停机顺利完成，事后此现象也就不为众人所重视。而且“先升后降”的上升功率不是“几倍”，而是几百、几千倍，也最终导致事故发生。在紧急停机启动后7秒，石墨部分导致功率急剧上升，核心温度过高使部分燃料棒变形，堵住控制棒管道，于是控制棒仅能插入三分之一。

卡在核心间的石墨继续促进连锁反应，不到数秒功率便上升至530MW。高热进一步产生高压蒸气，促使燃料棒破裂融化，且蒸汽压力迅速增加，根据估计，此时反应堆功率为30,000MW，达到正常输出功率的10倍。控制面板最后测得的输出功率为33,000MW。终于蒸气压力过大，导致大规模的蒸汽爆炸，一口气将反应器2000吨的上盖炸飞，冷却剂管道爆裂并在屋顶炸穿一个大洞。

为了减少费用，也因它的体积太大，反应堆以单一保护层方式兴建，这令放射性污染物在反应堆压力容器发生蒸汽爆炸而破裂之后进入了大气。此为多数人听到的第一次爆炸。这次爆炸摧毁了更多燃料管道，大量的蒸气涌出，冷却水的持续流失令反应堆的输出功率继续上升。第二次爆炸在第一次爆炸后两至三秒发生，核心在这次爆炸中炸散，也因此停止了连锁反应。

然而，在氧气与极端高温的反应堆燃料和石墨慢化剂结合后，马上引起了熊熊燃烧的石墨火。产生了极大量的辐射落尘，使放射性物质扩散和污染的区域更广。由于目击者的报告和站内纪录不一致，有一些争论认为确实的事件是发生在当地时间1点22分30秒。最后公认的版本被描述在上面。根据这种理论，第一次爆炸发生在大约1点23分47秒，操作员在七秒前下了“紧急停机”命令。

爆炸发生后，四号机厂房被炸掉一半，反应堆核心直接暴露在大气中，核心中央一道蓝白光线射向夜空，那是暴露的放射性物质发出的契忍可夫辐射。在建造反应堆厂房时，当局违反安全规范，使用了可燃的沥青，四号机爆炸外溅的高温物质因此点燃了隔壁三号机的屋顶，制造至少五处火灾。三号机此时仍在运作，灭火并维持三号机冷却系统运作成为当务之急。

三号机值班主任尤里·巴达沙洛夫（Yuri Bagdasarov）极力争取马上停机，但为总工程师尼可莱·佛民（Nikolai Fomin）所拒。值班人员领取防毒面罩与碘化钾锭后依然继续工作。一直到凌晨五点，尤里·巴达沙洛夫终于下定决心，径行停机并开始撤离，只留下负责紧急冷却系统的人员。