?
                     
                    作者:張慧敏 趙慶南 來源: 中國科學報 發布時間:2019/7/25 9:24:40
                    選擇字號:
                    從熱劇《切爾諾貝利》反觀我國核電安全——
                    “三代核電廠不會重演切爾諾貝利事故”

                    “華龍一號”可以抵御9級烈度的地震以及商用大型飛機的外部撞擊。

                     

                    ■張慧敏 趙慶南

                    最近,根據蘇聯切爾諾貝利核電站事故改編的迷你劇《切爾諾貝利》將觀眾帶入到對核事故的恐懼及熱議中。

                    切爾諾貝利核事故是如何發生的?類似事故會發生在我國嗎?“華龍一號”等三代核電廠的安全性如何?

                    探因切爾諾貝利核事故

                    具有諷刺意味的是,這起迄今為止世界上最嚴重的核事故起源于一次旨在提高安全性的試驗。該試驗意在檢驗失去廠外電源的情況下,汽輪機依靠慣性自轉繼續發電,在備用的應急柴油發電機投入前可以提供多久的電力。

                    試驗計劃在電廠25%功率下進行,但在由100%功率向25%功率降功率過程中,由于操作失誤,導致功率掉到了1%,幾乎停堆。這是事故的第一張多米諾骨牌。

                    為了盡快提升功率以達到試驗要求,操作員違反了操作規程,抽出了幾乎所有可以控制核反應速度的控制棒——當控制棒插入,核反應速率就會降低,功率降低;反之,當控制棒抽出,核反應速率升高,功率提升。

                    如果反應堆是車,控制棒就既是油門又是剎車。

                    當操縱員“踩滿油門違規駕駛”時,功率一段時間后開始迅速提高,面對“超速時可能車毀人亡的風險”,操縱員又按下了緊急停堆的按鈕,試圖插入所有控制棒進行“剎車”。

                    不幸的是,切爾諾貝利所采用的RBMK式反應堆的控制棒設計有問題,在控制棒最初一段插入時仍會提升功率而不是降低,相當于剎車的第一腳仍是給油門。在反應堆已經“滿油門”狀態時,這一腳“油”下去,4秒鐘內,功率上升到滿功率的100倍,直接“爆缸”。

                    由于反應堆功率瞬間提升造成流過反應堆芯的水瞬間被加熱汽化,蒸汽壓力驟升超過管道可以承受的壓力,造成了蒸汽爆炸。

                    這并非核爆炸——就像高度白酒可以燃燒、啤酒不會燃燒一樣,低濃縮鈾的核燃料從物理上永遠不會發生核爆炸。

                    經過多年調查分析,當時的爆炸當量約為100噸至300噸TNT,遠小于核武器萬噸級的當量。但爆炸所產生的壓力和能量足以推動混凝土頂蓋、掀翻換料機、沖破反應堆廠房的屋頂,形成高壓煙羽上升至高空。風將放射性產物吹到鄰近國家,造成污染。

                    類似事故不會在我國發生

                    我國的核電廠大都采用壓水堆,而切爾諾貝利事故中的RBMK堆型是采用石墨作為慢化劑的壓力管式沸水堆,兩者在設計上存在巨大差異。這種差異簡單來說,類似于獨輪車和四驅越野車的區別。

                    壓水堆采用“負反饋”機制的設計,即在功率增長的情況下,隨著反應堆溫度的升高,會引入負的反應性,自發地降低反應速率,不會發生功率暴增的情況。壓水堆像一輛自帶穩定系統的汽車,在速度突然增加的情況下,剎車會自動被踩下。

                    而RBMK堆芯由于設計問題,存在“正反饋”。功率增加時會導致堆芯內水的汽化增多,水的減少會導致核反應增強,進一步提升功率。就像一輛會自動加速的汽車,在速度突然增加的情況下,RBMK反應堆“油門“反而會自動增大。

                    由此可見,壓水堆在設計上具有固有安全性,所以不會發生堆芯爆炸的事故,只可能發生因冷卻不足而導致的堆芯熔化事故(如美國三里島事故)。需要特別指出的是,三里島事故導致的放射性泄漏遠小于切爾諾貝利核事故,其中最關鍵的原因就是RBMK堆型沒有完整的安全殼,而三里島的壓水堆有個巨大且結實的安全殼,將整個反應堆用鋼筋混凝土結構的巨大“殼體”完全罩住,即使發生堆芯熔化,放射性物質也會包容在“殼體”內部,不會釋放到環境中。

                    三里島的核電廠屬于二代壓水堆,而我國已建的壓水堆核電廠大都為二代+三代壓水堆,相比第二代核電廠,安全性又得到了極大的提升,堆芯熔化事故發生的可能性已經大幅降低。除采用更為先進的雙層安全殼外,通過一系列設計改進,基于可靠的科學分析,堆芯熔化的概率已經降至1×10-6/堆 · 年以下,即100萬堆年都難以發生一次堆芯熔化的事故。

                    “華龍一號”的安全性措施

                    雖然堆芯熔化的事故已基本上不可能發生,但出于縱深防御的安全理念,在我國目前具有完全自主知識產權的“華龍一號”等三代核電廠設計中也考慮了針對堆芯熔化事故的緩解措施。這些措施大都為了保障安全殼的完好性和密封性,避免放射性物質進入環境。

                    例如在“華龍一號”中就設置了諸多保障措施,如壓力容器內的熔融物滯留,通過向堆腔注水并冷卻反應堆壓力容器外壁面實現,能夠避免熔融物進入安全殼,保證安全殼底板不會被熔穿;設置氫氣復合器,能夠在不燃燒的情況下催化復合安全殼內的氫氣與氧氣,避免安全殼內的氫氣爆炸;雙層安全殼,外層安全殼能夠抵抗大飛機撞擊,從而保證內層安全殼的完好、密封性等。

                    目前三代壓水堆核電廠已經非常安全,但出于對核電廠絕對安全的追求,以及對公眾健康的極度責任感,安全相關的研發工作一直在進行。

                    我國在核電廠事故及核安全方面的研究能力,已與世界一流水平接軌。在事故現象和機理的前沿研究領域,我國也開展了很多工作,已建設或即將建設多個先進實驗裝置。此外,在理論研究和仿真程序開發方面,國內也開展了大量的工作。

                    當前,核安全已被納入到國家總體安全體系,上升為國家安全戰略。核安全高于一切,它始終是核能發展的生命線。

                    作者系中核集團中國核電工程有限公司核電安全研究中心工程師

                    《中國科學報》 (2019-07-25 第8版 裝備制造)
                     
                     打印  發E-mail給: 
                        
                     
                    相關新聞 相關論文
                    ?
                    圖片新聞
                    在“天之圣湖”科考是一種怎樣的體驗? 中國發現最早舌骨保存完好哺乳型動物化石
                    恐龍筑巢護蛋 走進“模擬火星基地”
                    >>更多
                     
                    一周新聞排行 一周新聞評論排行
                     
                    編輯部推薦博文
                     
                    幸运飞艇计划数据