切爾諾貝利核事故分析摘要本文對切爾諾貝利核事故進行了全面的分析。論述了核反應堆的放射性核產物作為核事故的污染來源。描述了切爾諾貝利核事故發生的全過程，總結了事故發生的重要原因。詳細闡明了切爾諾貝利核事故的國際影響及各國的應對措施。同步，本文綜合簡介切爾諾貝利核事故對人員傷亡、生態習境、民眾健康、公眾心理、社會經濟等方面的影響和后果，并針對核染物進行的應急處理技術進行了詳細的簡介。在此基礎上，對切爾諾貝利核事故進行深入思索，在應急預放、安全措施、運行安全、安全管理和事故后處理等方面作出了經驗總結。關鍵詞：切爾諾貝利核事故；核污染；核安全；核電站1.切爾諾貝利核事故污染物來源核污染的來源重要有核武器爆炸、核反應堆的核產物及核廢料、醫學及科研和工業生產四種。核反應堆的放射性核產物及其報廢燃料是核污染第二大來源。核電站及其他反應堆中大量裂變核廢物，原則上是完全密封的，只在停堆換裝核燃料時才取出轉送到專門核廢料處理廠進行處理。一部分回收做新核燃料，剩余廢料則經密封包裝轉送到專門核廢料庫永久保留。上述生產、運送及加工過程的任何泄漏都是導致環境核污染的來源。由于對于核安全的極端重視，現代核電站、反應堆正常運行中的泄漏是嚴格嚴禁的，一旦有泄漏發生就是核事故。前蘇聯切爾諾貝利核電站堆芯熔化的大泄漏事故，是人類歷史上最嚴重的一次技術劫難，在事故中釋放物質的放射性核素構成是很復雜的。碘和艷的放射性同位素是最具放射學意義的：碘的放射性半衰期短，在短期內具有較大的輻射影響;艷的半衰期為幾十年，具有較大的長期輻射影響。釋放到大氣中的物質廣泛地擴散，最終沉積到地球表面，實際上在整個北半球都遭到了可以測量到的污染。事故對烏克蘭及全東歐環境導致嚴重核污染。2.切爾諾貝利核事故發生的過程及原因切爾諾貝利電站共有4套機組。第1,2號機組于1977年投產，第3,4號機組于1983年11月投產。4套機組均為1000MWe(3200MWt)的石墨慢化壓力管式沸水堆。這種堆用1700t石墨砌塊作為慢化體，有1661根平行的壓力管垂直穿過石墨慢化體，燃料組件即插在這些垂直壓力管內。尚有211根控制保護系統管道分布在石墨砌體中。堆芯等效直徑為11.8m，高7m，總計裝有約190t含2.0%鈾235的低加濃二氧化鈾燃料。反應堆備有應急堆芯冷卻系統、應急供電系統和一系列安全連鎖裝。發生事故的是電站的第4號機組。該機組原定于1986年4月底停堆中修。在停堆前計劃進行一次意在提高供電系統安全性的渦輪發電機組惰轉供電試驗，即運用渦輪發電機組的慣性在蒸汽供應中斷后繼續維持短時間供電，以保證反應堆的安全。4號機組從1986年4月25日1點整(莫斯科時間)開始減少功率，到13點5分減少到額定功率的50%，隨即由于電網的需要推遲了機組從運行狀態下解列，直到23點10分又開始減少功率。惰轉試驗預定在反應堆功率降到額定功率的20%-30%時進行，但由于堆的復雜動力學過程不易控制，操作時發生過沖而使功率降到額定功率的1%以干。為了重新提高功率，操作人員做了大量的努力終未成功，由于此時反應堆已掉入“碘坑”，由“碘135”衰變為“氙135”的過程使“氙135”大量堆積，減少了堆芯的反應性。為了賠償這種反應性的減少，把功率提上去，操作人員不顧反應堆安全所需反應性余量（以插入堆芯的控制棒數目來表達，不能少于30根）的規定，在反應性余量只剩6-8根控制棒的狀況下繼續運行，把大量控制棒提到堆芯頂部，使之處在不能有效控制堆芯反應性的失效區。通過約2小時的折騰，功率回到200MWt（約為額定功率的6%，仍低于預定的試驗條件)，開始著手試驗。操作人員為此又投入了兩臺備用主循環泵，使冷卻劑流量大大超過原則，因而蒸汽量減少，壓力減少，水位下降到緊急事故水位如下。為了防止停堆，操作人員切斷了與此有關的事故保護系統。26日1點23分4秒，開始試驗，關閉8號渦輪發電機的事故調整閥使之惰轉。為了不致因此而自動停堆，以便在一次失敗后還可以重做，事先解除了與此有關的保護系統。此時，蒸汽流量的減小使壓力逐漸上升;另首先，由于8臺主泵中的4臺已從主電網中解列，單獨由惰轉的渦輪發電機組供電，它們隨渦輪發電機惰轉而減速，使循環水總流量下降。兩個原因在汽泡正反應性系數條件下競爭的成果使功率急劇增長。終于，在1點23分40秒，值班長下令按"A3-S”按鈕實行緊急停堆。但這時由于控制棒已處在最高位置，不僅不能對堆芯反應性進行有效控制，反而在控制棒向下運行的最初時刻里引入了新的反應性增長。操作人員感到了堆內幾次震動，控制棒中途停止，沒有完全插入堆芯。接著操作人員斷開控制棒驅動裝置的電源，想使其隨重力下落，但已無濟于事。1點24分，接連兩次強烈爆炸。如下事實已得到確認：①第一次爆炸使某些材料拋出，②第二次爆炸使燃料和石墨拋出，@在反應堆廠房外發現了石墨砌體碎塊，④在反應堆廠房外發現了燃料碎片;⑤反應堆廠房嚴重破壞，回吊車和裝卸料機倒塌，①爆炸掀起100。噸重的反應堆上蓋板，⑧所有壓力管斷裂，⑧鏈式反應停止。兩次爆炸后燃燒的石墨飛到其他廠房頂上，3,4號機組共用的渦輪發電機廠房房頂的瀝青也燃燒起來，廠里大火達30處之多。煙和火焰升騰起大概1.8km高的煙柱，把大量放射性物質送往前蘇聯西部，送往北歐，送往整個北半球。總結這場核悲劇的原因：首先，RBMK-1000型反應堆的匹配系數過高。(這種缺陷已在仍舊使用的反應堆中得到改正)。另一方面，對在非原則狀況下運行的反應堆機組的動力過程缺乏可靠的知識。第三，反應堆控制系統有缺陷，尤其是在反應堆額定輸出功率低于10%的水平上，這套系統不能對堆芯區各部份的運行分別進行控制。第四，控制棒切入過緩及制造上的缺陷導致反應堆緊急保護水平過低。第五，在反應堆交流發電機的停機試驗過程中，違反反應堆機組操作基本規程，人為地導致了反應堆控制中的錯誤。3.切爾諾貝利核事故的國際影響及各國的應對措施這次事故，從堆芯逸出的放射性物質估計為9.25X1017-1.85X1018Bq，其中約3.7X1017Bq碘和7.4X1016Bq艷。釋放過程持續了10天，到5月6日才使之忽然降到“第1天釋放量的約1%“。由于當時低空風弱而多變，1500m高空為8-10m/s的東南風，污染物重要沉積在西北部的白俄羅斯和俄羅斯與烏克蘭部分地區，即所謂事故發生后，受到影響的各國均動員了國內有關的技術力量對全國環境放射性水平進行全面監測。在北歐，挪威政府雖正值改組，仍任命了一種由衛生和社會事務部和環境部聯合構成的委員會來處理此事。瑞典由地質企業用航測來確定全國范圍內銫137的沉降及其分布，由國家防務研究所在50個地區測量地面γ輻射場及其能譜，在7個地區測大氣中微塵放射性濃度。在匈牙利，由國家放射生物和放射防護研究所在全國選123個點測戶外Y劑量率及其能譜。奧地利亦進行全國范圍γ劑量分布的監測。聯邦德國組織了全國9個全身計數器試驗室，對全境各地區居民體內銫135水平進行了監測，持續了1年余。甚至遠至巴西和中國亦進行了環境放射性監測。在進行上述監測工作中，波及到許多部門，如環境、氣象、水文、地質、防務、農業、食品和衛生等部門。監測項目包括煙云行徑，粒子沉降及其轉移，在環境介質和人體內的污染水平以及居民受照射劑量的估算等。上述部門在履行其職能時發現的問題是:有的國家由于國際上大氣層核試驗已停止數年，全國性監測系統的應變能力已近乎瓦解狀態，無充足的應急計劃，導致侖促上陣;有的國家全國范圍內使用的測試措施不統一，導致成果難以比較。有關監測成果怎樣通報和向公眾公布，各國的做法也不一。奧地利Steinhausler認為，分三種范圍考慮成果的通報:地區范圍內在包括各方人士的協調委員會內通報最有效;全國范圍內常由于官方機構通訊超負荷而延擱，故很好的方式是科學家之間的個人接觸;在國際間則宜采用老式的方式互換狀況。挪成和匈牙利通過新聞媒介公布消息。而土耳其為防止居民中產生不安和混亂不公布監測成果。4.切爾諾貝利核事故的危害4.1事故導致了大范圍不一樣程度的環境污染事故發生時，反應堆爆炸形成的放射性塵埃飄到俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭，也飄到歐洲的其他國家和地區，例如:土耳其、希臘、摩爾多瓦、羅馬尼亞、立陶宛、芬蘭、丹麥、挪威、瑞典、奧地利、匈牙利、捷克、斯洛伐克、斯洛文尼亞、波蘭、瑞士、德國、意大利、愛爾蘭、法國和英國，導致了空氣和地面不一樣程度的污染。至今西歐有的國家還在對牛奶實行放射性檢測。核電廠周圍6萬多km，的土地受到了直接污染。環境中的放射性物質對人群的影響重要取決于作用途徑。外照射重要是沉降在地表的放射性物質;內照射重要是食人被放射性物質污染的食品所致。在事故后頭幾周，最重要的放射性核素是碘，1987年后來，放射性重要來自銫134和銫135，少許來自鍶90。事故后初期，重要食物，如牛奶和綠色蔬菜受到放射性核素的污染，放射水平超過了WHO/FAO制定的容許水平。從長遠計，農業上采用有效措施減少食用作物放射性艷的吸取是必要的。目前由集體農莊生產的食品的放射性水平沒有超標，而個體農戶生產的某些食品則多超過容許原則。在此后十年內，當地從半自然環境(如牧場、林區和山區放牧的動物)而來的某些食品及野生食物(野味、漿果、蘑菇)的銫137水平仍將超過WHO/FAO的容許原則，有時會很高，這將成為內照射劑量的重要來源。4.2事故導致了大量人員死亡和癌癥患者對人員死亡和因核輻射引起的癌癥患者在報道中相差很大，按官方的說法，因事故當場死亡30人，事故至少導致9.3萬人因輻射患癌癥死亡，27萬人患癌癥，大概600萬人受到核輻射的侵害。4.3設置半徑30km的禁區，撤離人員永遠離開了家園在事故處理中，當局將以核電廠為中心、半徑30km的廣大區域劃為禁區，在該區域撤離了135000人。本來這里是生活的天堂，事故后變成了荒無人煙的地方。后有報道稱:隔離區內的平均照射度仍不小于100毫倫琴，隔離區以外是較重污染撤離區，平均照射度在60毫倫琴左右，個別地方可達150一200毫倫琴;再往外是輕度污染的準撤離區，平均照射度在30毫倫琴;有人緊張前的鍶90和銫137還會對土壤的污染仍會存在，植物、昆蟲和蘑菇等仍會從表層的土壤中吸取銫137,有些科學家緊張核輻射會對當地人導致幾種世紀的影響。4.4對地表水體導致了污染放射性塵埃落到附近第聶伯河的水體中，在庫區匯集，導致對水生物的嚴重影響。從資料中發現，核電廠的基礎坐落在粘土層上，粘土層較厚，粘土層下面是一含水層，該含水層是當地和烏克蘭首都基輔市的地下水源。由于粘土層的不透水性和對放射性核素的吸附作用，地下水未受污染，因此，事故處理中沒有像福島核事故那樣鬧水荒。4.5前蘇聯政府為處理事故付出高昂的代價，此后還會付出多大代價尚無法預測專家估計，事故處理花費達數百億美元，可建10多種這樣的該核電廠。建安全封閉殼需8.7億歐元，該殼的設計壽期為1，1后還要投資，是一種無底洞。4.6對人類心靈的創傷無比巨大，嚴重影響核能的發展在事故后的十年中進行的幾項重要的調查表明，切爾諾貝利事故對人群中發生的恐驚、抑郁、焦急、失望等心理健康紊亂癥狀有重要影響，但與照射并不直接有關。下列原因對心理障礙的發生有重要作用。（1）嚴重的核事故發生后，因膽怯強制性撤離、緊張原小區關系的變動、對輻射的懼怕、生活環境的忽然變化導致的諸多不便等原因，致使公眾普遍產生精神壓抑、心情焦急、精神壓力加大等心理損傷體現。（2）重大的事故后，公眾沒有及時從官方得到有關事故確實切的信息，強制性搬遷、社會聯絡中斷、幾年后仍不理解事故的基本狀況，公眾對官方的表態產生懷疑和不信任，易產生失望和無助感，加重了心理失調。（3）蘇聯解體的震動和經濟衰退導致的生活困難，使民眾精神壓力加大，心理損傷嚴重且持久，這種狀況對社會心理影響是強烈的，加重了事故后公眾的心理和精神壓力。（4）人們對輻射危害和防護知識理解不多，普遍緊張照射將會傷害身體健康并危及后裔，把當地疾病發病率的增高都認為是輻射導致的，尤其甲狀腺癌發病率的增高愈加重了人們的心理和精神上的承擔。切爾諾貝利核事故后，國際社會陷入了核恐驚中，德國、美國等國掀起了反對建設核電廠的浪潮，20數年核能發展陷人低谷。5.針對核染物進行的應急處理技術5.1物理法5.1.1吸塵法用真空吸塵器吸除降落在物件表面上的污染物。此法簡樸易行，但對固定性的核污染清除的效果較差。5.1.2機械擦拭法運用特殊設計的設備對不復雜污染面進行遠距離擦拭或打磨，并配置排氣凈化系統除去擦拭過程中產生的氣溶膠。5.1.3高壓噴射法運用高壓噴頭射出水或者蒸汽，用機械力破壞污染層，壓力可高達1000Kg/cm25.1.3超聲法該法運用18一100kHz機械振動在固液交界面產生空化作用到達去污的目的，但受容器尺寸的限制。5.2化學法化學去污就是運用化學清洗劑溶解帶有放射性核素的污膩物、油漆涂層或剝離氧化膜層，從而到達去污的目的。所用化學藥物包括無機酸類、有機酸類、氧化還原類、鰲合劑類、堿類、表面活性劑以及溶劑、緩蝕劑、增進劑等。去污效果與去污劑種類、濃度、作用時間、濕度、攪拌狀況等諸多原因有關。一般多種清洗劑交替去污比單一清洗劑持續反復使用效果好。更換去污劑時，漂洗不可少，以防止試劑互相干擾。5.3電化學法該法將去污部件作陽極，電解槽作陰極，在電流作用下污染表面層均勻溶解，污染核素進人電解液中。此措施去污效率高，電解液可反復使用，二次廢物量少，可用于構造復雜部件去污，可遠距離操作，在1000一2000A/m25.4物理一化學聯使用方法該法運用化學藥劑的溶解作用加之機械力清除放射性污染物，相對單一的措施效果要好得多。5.5微生物清除措施微生物清除技術，是一種把自然存在的生物損害性行為轉變為有用活動的措施。"Tbiobacilli”是所知能使混凝土受到“微生物作用裂解”(MID)的3種細菌中的1種，在其生存過程中會制造一種腐蝕性副產品—硫酸，在侵蝕混凝土表面的同步能松弛污染層。研究人員運用Tbiobacilli的這種特性，將Tbiobacilli、纖維素與一定比例的單質硫混合，然后把其產生的黃色粘凝物“硫酸”涂在混凝土上，之后再把軟化裂解的小塊混凝土吸離墻壁、天花板或地板即可。在試驗中已采用此技術每年除去10-12mm的污染層。缺陷是速度較慢，但對某些目前還不能處理的核污染，微生物清除法還是一種很好的選擇。5.6焚燒處理焚燒是目前國際上廣泛采用的處理可燃放射性廢物的有效措施之一。針對被核元素污染的纖維類物質、塑料、橡膠類物質、有機離子互換樹脂、廢有機溶劑等可燃性的廢物，可采用焚燒進行處理，以到達大大減容的目的，最終再對焚燒后所得的焚灰進行水泥固化，以便進行最終處置。中國輻射防護研究所在“多用途放射性廢物焚燒工程試驗裝置”研制成功的基礎上，給某核工廠設計、加工、安裝的國內第一套“可燃核廢物焚燒裝置”在600h的試車中，各項技術指標均達標，處理效果好。焚燒雖然有很好的減容效果，但只能用于可燃的核廢物處理，并且費用較昂貴。5.7超級壓縮處理此前認為不可壓縮的廢物如退伍過程中產生的混凝土渣、多種管道、閥門等，目前可用壓力達2000t的超級壓縮機進行壓縮處理，從而到達減容處理。這種措施雖然可以將受核元素沽染的設施一并處理，減少向環境的轉移，但壓縮后體積較龐大，后續處理較麻煩，處理成本相對較大。6.切爾諾貝利核事故的經驗、教訓和啟示6.1加強安全意識，防止核事故伴隨科學技術的不停發展，核能技術的日趨完善，核電廠發生嚴重輻射事故的也許性已減少。切爾諾貝利事故的發生有其特定條件，即RBMK型反應堆設計上有缺陷，停堆系統不健全，加之違反操作規程，以致釀成重大事故。本次事故后，在國際社會的協助下，對該類型的反應堆進行了大量的技術改造，加強了人員的技術培訓，完善管理制度和操作規程，使反應堆的安全性能得到明顯的提高。切爾諾貝利事故提醒人們，加強安全意識極為重要，在工程設計和建造、運行和管理、人員培訓和操作程序、事故響應和應急救援準備等方面都要貫徹“安全第一”的原則，堅持常備不懈，定期檢查，以防止也許發生的核事故，保證核能事業的不停發展。6.2加強運行管理，提高運行安全運行是保證核電站安全的最重要的環節。設備缺陷和建造質量間題最終也是通過運行來暴露的.高質量的運行人員和嚴格的運行管理可以防止事故的發生和限制事故的發展。切爾諾貝利核電站的狀況卻不是如此。從上述事故過程可以清晰地看到導致切爾諾貝利核電站四號機組嚴重事故的重要的直接的原因是操作人員的過錯和錯誤。在核電站運行安全和運行管理上我們從中可以學到如下經驗教訓：（1）提高運行人員的核安全教養“NuclearSafetyCulture”這是“切爾諾貝利事故后討論會:’著重提出的。運行人的資格規定、安全素質和技術水平受到更大的重視。強調培訓的重點要使其熟知反應堆及其運行，并要使用核電站模擬器來使運行人員獲得嚴重事故進程的實際知識.制定一種嚴格的操縱員資格規定和考核發證規定是十分必要的。（2）加強運行管理規定定期地由核電站營運單位或上級機構進行考察和檢查，‘以防止長期平常運行所產生的自滿和僵化情緒。對于非平常性的離開規程的操作或試驗尤其要加以重視。（3）加強運行人員與研究設計人員之間的溝通研究設計人員對反應堆的內在機理、動態過程、事故進程考慮較多，理解較深;而運行人員則偏重于對操作規程的理解。加強兩者之間的溝通，使運行人員可以深人理解綜合的物理、熱工水力和系統響應的知識，將大大提高他們對付異常現象的應變能力。（4）處理好人機關系切爾諾貝利核電站某些重要的運行禁令和安全限制只在操作規程中加以規定，而不是在設計中采用對應措施或加以閉鎖。也就是說，過多地依托人而不是自動保護。從四號機組事故中我們已經看到把至關重要的安全限制都交給操縱員處理所帶來的嚴重后果.實踐也證明對于忽然事件，人在極短時間內反應所出錯誤的幾率并不低.某些國家(如法國等)的安全設計規定了事件發生后半小時內人不千涉的原則。不過，過去的實踐經驗也證明在人因有利條件下人的干涉是十分有效的.因此，怎樣處理好人機關系是運行安全中一種重要的有待深入研究的問題。6.3.重視核事故心理效應和對策研究切爾諾貝利事故導致