切爾諾貝利（一）
第三位天使吹號，就有燒著的大星，好像火把從天上落下來，落在江河的三分之一和眾水的泉源上。
And the third angel sounded, and there fell a great star from heaven, burning as it were a lamp, and it fell upon the third part of the rivers, and upon the fountains of waters.這星名叫「茵蔯」。眾水的三分之一變為茵蔯；因水變苦，就死了許多人。And the name of the star is called Wormwood: and the third part of the waters became wormwood; and many men died of the waters, because they were made bitter.
------ 《聖經 啟示錄》8:10-11
中文被稱為「茵蔯」，英文被稱為「Wormwood」的這種東西，在烏克蘭語中被叫做「Chornobyl」，俄語中叫做「Chernobyl」 —— 音譯為「切爾諾貝利」。
切爾諾貝利市，地處於烏克蘭北部和白俄羅斯的交界處，面積4平方公里，距離烏克蘭首都基輔100公里。歷史上曾經多次被波蘭、德國、俄羅斯、烏克蘭等國爭奪，幾易其手。1941年，在德軍的佔領下，它從一個小鄉鎮升級成為城市，隨後在蘇聯收復失地的過程匯總，這個城市從廢墟中被重新建立起來。
1971年，蘇聯總理阿列克謝?柯西金公布了蘇聯的「第九個五年計劃」。在這一計劃中，蘇聯第一次提出了「要將工業生產增長擺到首要位置上來」。其原因是蘇聯對西方經濟政策的改變：1963年，蘇聯與法國簽署了通商協定，並且之後很快與法國建立了和平發展核能協定；1970年1月到2月，蘇聯相繼與義大利、西德簽訂了雙邊貿易協定，增加蘇聯生產的工業製品出口；1971年3月，蘇聯與法國簽訂了鈾原料精鍊合作協議，10月簽署蘇聯法國共同宣言。
在這樣的背景之下，蘇聯一方面抓緊了在國內的工業基地建設，同時作為工業的支柱產業，能源產業的發展也迎來了大幹快上的高峰。自1970年開始，蘇聯境內陸續開始了比利比諾、克拉、庫爾斯克、列寧格勒、切爾諾貝利等多處核電站的建設，裝機容量遠遠超過蘇聯當時現有的核電機組。
由於「第九個五年計劃」的目標是將蘇聯國內生產總值提高37-40%，再加上與世界核電強國法國的一系列合作貿易協定的簽署，因此依靠核電的發展而帶動蘇聯的工業增長，成為了蘇聯在這一時期的主要發展目標，是順理成章的。
於是在1970年，在切爾諾貝利市近郊的普里皮亞季，一座以核電站為中心的新城拔地而起。新城市的最初居民，只是負責建設這座國內首屈一指的大型核電站的施工人員和設計人員。隨著切爾諾貝利核電站1號機組在1977年9月26日的落成，大量電站運營人員、警備人員也隨之遷往此處。之後，2號機組、3號機組也紛紛在1978年12月21日、1981年12月3日完工，實現併網發電。
被寄予厚望的切爾諾貝利4號機組，在1983年12月22日併網發電。
與大多數能源行業的「外行」所想像的不同，核能發電的原理，其實非常簡單 —— 如果你知道火力發電的基本原理的話，那麼理解起來就更容易了。
簡單來說，一套發電機組包括的主要部件分為三部分：1. 鍋爐 2. 發電機 3. 冷卻循環。
通過在鍋爐中燃燒燃料（煤、柴油、天然氣等等），釋放出的大量熱量將鍋爐中的水迅速加熱成為高溫高壓的蒸汽，然後蒸汽被導入汽輪機室，推動巨大的風扇狀汽輪機轉動。而汽輪機又與發電機軸直接相連，因此轉動將直接在發電機中產生出電能，被輸送走。通過汽輪機後，蒸汽逐漸降溫，冷凝成為水，再次被泵入鍋爐中，進行循環。這就是簡單的火力發電基本原理。
而核能發電，其本質上仍然是這樣的「熱能發電」形式 —— 利用核反應中釋放出的大量能量來加熱水，產生高溫高壓蒸汽。在核能的模式里，「鍋爐」就被替換成為了「核反應堆」。
然而，由於核能本身的放射性危險，因此經過了核反應堆的水（蒸汽），本身就攜帶了放射性能量，是相對危險的。為了應對這一情況，核電技術便出現了分歧：沸水反應堆 和 壓水反應堆。
「沸水反應堆 Boiling Water Reator」，其實與基礎火電的原理是完全一致的：水被直接通入反應堆中，被加熱成高溫高壓蒸汽，通過汽輪機、冷卻循環，再泵回反應堆。由於這些水都含有大量的放射能，一旦泄漏就會造成很大的破壞，因此沸水堆的安全係數相對較低，維修和維護都比較麻煩。然而，由於設計簡單，構造簡單，所以沸水反應堆的造價低廉，效率也比較高。同時隨著技術的進步，沸水堆的安全係數也在不斷提高。
日本的福島第一、第二核電站、浜岡、東海第二核電站、我國在建的龍門第一、第二核電站，其基礎都是採用了沸水反應堆。
「壓水反應堆 Pressurized Water Reator」的原理，要比沸水反應堆多一個步驟：為了防止含有放射能的水泄露，或是接觸汽輪機、循環水，因此在反應堆里設計了一個「蒸汽發生器」。在蒸汽發生器中，核反應堆中產生的高溫高壓蒸汽（圖中黃色），在經過加壓之後會通過熱交換的形式，把與之隔離開的常規循環水（圖中藍色）加熱。而被加熱的常規循環水，還是按照火力發電的原理，通往汽輪機、冷凝。
這樣一來，在壓水堆核電站里進行發電、與外界接觸的循環水，便是不帶有放射能的「乾淨」的水，其泄露所帶來的風險大大減少。
由於壓水堆相對安全，所以在核潛艇、核動力艦船上得到了大量的應用。但由於其設計複雜、設備較多，因此造價較為昂貴。
然而，無論是構造簡單的沸水堆，還是泄漏風險較低的壓水堆，其本身都不是核電站發生泄漏、爆炸等等事故的根本原因。在本文中我將向各位介紹的「切爾諾貝利核電站事故」，屬於沸水堆；而美國的「三哩島核泄露事故」，在技術上屬於「風險較低」的壓水反應堆。
切爾諾貝利4號機組之所以被寄予眾望，是因為一旦這台機組落成投產，切爾諾貝利核電站所擁有的4台1000MW的機組，將使其成為世界上最大規模的核電站。其裝機容量將達到蘇聯全國核電站發電量的15%。僅僅是4號機組本身，就可以滿足烏克蘭共和國的10%以上的電力需求。
然而反觀切爾諾貝利4台機組的建設過程，一個「是否趕工」的問題，是很值得我們懷疑的：
對於同樣的裝機容量來說，2、3號機組的建設周期基本都是2100天左右，而4號機組卻縮短為1726天；測試運行的周期是160-180天，但4號機組的測試運行僅進行了100天不到。
針對這種看法，蘇聯方面在事故發生之後做出的解釋是：在4號機組工程的後期，切爾諾貝利核電站的廠長，維克托?布留哈諾夫曾經堅持要讓4號機組提前在12月22日完工併網 —— 因為這一天是前蘇聯的核能產業紀念日。作為獻禮工程，4號機組在施工後期不得不進行趕工，在物料短缺的情況下，不得不在施工材料中使用了一些可燃建材。
維克托?佩托維奇?布留哈諾夫，蘇共黨員，1935年12月1日誕生於蘇聯烏茲別克共和國的塔什干。1959年從塔什干技術學院畢業後，他一直在火力發電廠里工作。1966年，他被選為蘇共第二十七次全國代表大會的代表，之後就平步青雲，1970年至1986年任基輔地區代表，切爾諾貝利區區委成員，切爾諾貝利區代表大會副委員長。於此同時，他也出面擔任了切爾諾貝利核電站的廠長。
1978年，他因1號機組成功投產而榮獲烏克蘭共和國獎章、紅色勞動獎章。1983年，他因為2、3號機組的建設完工投產，而獲得蘇聯十月革命勳章。他的妻子瓦倫蒂娜?米哈伊洛夫娜，同樣也是一名切爾諾貝利核電站的工程師。
對於電站來說，從建設完工到投入商業運行，期間要完成若干項測試，以確保發電機組在各種極端的運營條件下仍可以保證安全運轉。而對於切爾諾貝利4號機組來說，由於廠長做出的「加班加點促生產」的指示，事實上在投入商業運行之前，機組還有若干項壓力測試並沒有完成。
而這一人為的「刻意疏漏」，卻恰好釀成了慘劇的發生。
雖然我知道這部分很難懂，但是為了讓有求知慾的各位，在談到切爾諾貝利事件的時候，不會只是說「爆炸了，著火了，死了好多人」這種結論，所以我還是介紹一下它的結構。
對於看過HBO miniseries《切爾諾貝利》第一集的朋友們來說，相信圖上這些詞語，你一定在劇里都看到過。
堆芯：由1600根管道組成，每根管道的中心放置著核燃料棒，周圍流過冷卻水。核燃料每時每刻都在釋放著大量的中子，當中子遇到了其他燃料棒上的鈾元素後，就會引發原子裂變反應，釋放出大量的熱能，加熱周圍的冷卻水，形成高溫高壓蒸汽。
控制棒：總共211根，每根長6.2米，成分是碳化硼。碳化硼可以吸收大量的中子，一旦插入反應堆中，燃料棒所釋放的中子就會被控制棒吸走，阻止原子裂變反應的發生。因此控制棒的作用是「插入減緩反應速度」、「拔出加快反應速度」。
水槽：遍布堆芯之中，其高度達到了110米。
石墨減速層：包圍在堆芯外部，目的是減緩堆芯向外發射的中子速度，降低並吸收中子輻射。
輻射隔離層：在當時的技術環境下，蘇聯核電站的技術人員們認為原子反應堆是完全安全的，因此只在堆芯外部建造起了水泥、鉛板構成的隔離層，並未對建築物進行雙層、加壓隔離。
由於核燃料的巨大放射性，因此在堆芯內部的所有物品，事實上都在時時刻刻接受著大量的輻射。其所蘊含的輻射能量，是人體根本無法承受的。無論是短時間接觸了堆芯內部的各種物料、材質，還是直接暴露於堆芯內部的輻射環境之下，都會讓人體出現急性輻射反應，導致死亡。所以對於任何的核電站來說，堆芯都是需要極其謹慎小心地進行維護的。
按照計劃，切爾諾貝利4號機組原定於4月25日進行停機點檢 —— 發電機組一旦併入輸電網，為了防止電網上的供電出現大幅波動，所有的停機活動都必須經過批准後，在固定的時間進行。而由於在商業運行之前，4號機組就沒有進行過壓力測試，因此電廠管理層決定趁此停機機會，正好可以將壓力測試順便完成。
壓力測試的內容是這樣的：當發電機組的外部供電被切斷時，利用汽輪機的旋轉慣性來維持低熱功率發電，測試是否可以維持對主循環水泵和堆芯冷卻水泵的正常運行。這種測試是在假定一旦天災、戰爭等等情況發生的情況下，發電機突然停機，機組是否能夠將冷卻水注入堆芯以求自保的一項測試。
儘管其他採用同樣機組的核電站都以「測試風險過大」為由，否決了這項測試，但也許是為了「爭頭功」，廠長布留哈諾夫仍然批准這次測試的進行。在現場，他留下了運營主管迪亞特洛夫進行負責。
4月25日凌晨1點06分，4號機組的控制棒緩緩插入，機組從滿熱功率開始逐漸降低負載。3點47分，機組的熱功率降到了50%。從4點13分到中午12點36分，熱功率一直維持在50%左右。13點05分，4號機組接入的兩台發電機：7號發電機和8號發電機分別完成了振動測定。電站操作人員將7號發電機斷網。為了配合之後測試的進行，電站操作人員將緊急堆芯冷卻系統（ECCS）也進行了切斷。
25日下午14時整，基輔供電管理中心突然給切爾諾貝利核電站打來電話，要求8號發電機持續以50kWe的功率進行供電。不得已，廠房只好將之前計劃對4號機組進行的壓力測試延期，保持機組的低功率運行，以確保8號發電機可以順利供電。
25日23點10分，入夜後的城市電力需求開始下降，基輔供電管理中心再次打來電話，同意切爾諾貝利4號機組下線停機。於是電廠的操作人員將控制棒繼續插入，持續降低4號機組的裂變反應速度。
4月26日0時05分，4號機組的熱功率已經降到了25%左右的720MWt。0時28分，機組熱功率降為500MWt。之後在操作人員將控制系統切換到「低功率自動運行模式」時，突然發現反應堆的熱功率降低到了30MWt的水平，有徹底停機的風險。（原因後述）
一旦反應堆徹底停止，那麼不僅當天的壓力測試無法進行，而且在重新啟動時，也需要等待至少10小時以上，才可以重啟。因此操作人員緊急將控制棒開始拉起，希望能夠讓反應堆恢復一定的功率，以保證測試的順利實施。
0點33分，4號機組的功率開始緩慢上升。
1點03分，4號機組的功率恢復到了200MWt的水平，達到了壓力測試所需的數值。現場主管迪亞特洛夫通知當班運營人員，測試正式開始。
1點07分，總共8台主循環泵啟動。循環水大量湧入燃料棒水槽所導致的降溫，使還在水槽中的蒸汽迅速冷凝，管道中的蒸汽量大量減少。而蒸汽量的減少，讓蒸汽/水分離器中的水位發生了下降，通往發電機的蒸汽也相應減少。
1點15分，為了維持蒸汽的發生，按照指示操作員 亞歷克桑德列?阿基莫夫 和 列奧尼德?托普脫諾夫 將控制棒繼續提升，以加快反應堆的裂變速度。
1點19分39秒 - 1點19分44秒，控制台上顯示：控制棒已經提升至最高位置。
1點23分04秒，操作員將8號發電機的蒸汽入口關閉，準備利用汽輪機的慣性進行測試。然而，堆芯的功率上升速度遠遠超過了所有運營人員的預料，14秒後觀察人員從控制室中看到，系統檢測到堆芯溫度上升過快，一些控制棒開始自動落下，於是在1點23分34秒，他們按下了緊急防護系統啟動的 AZ-5 按鈕，讓200餘支控制棒一起插入堆芯。
隨著控制棒插入堆芯，裂變反應非但沒有停止，而是迅速地發生了爆炸。堆芯像是一隻從地底深處爬出來的憤怒的巨獸，又或是從天空中墜落的燃燒的大星，向著天空和人世，噴發著致命而炫目的火焰。
這就是《切爾諾貝利》第一集開頭的部分：控制室里的所有人都面面相覷，沒有人知道到底是什麼爆炸了，更不知道是什麼引發了爆炸。
那麼我來講講，為什麼切爾諾貝利4號機組發生了爆炸。
在使用鈾235作為核燃料的反應堆中，隨著裂變反應的發生，會生成碲135同位素。而經過2分鐘之後，一半以上的碲135會衰變為碘135和氙135（對，就是氙氣大燈的氙）。由於在進行當晚的測試之前，4號機組已經維持了較長時間的低負荷運轉，因此在水槽中，已經積聚了相當大量的氙135。
而氙135的特點是，它具有一定程度的吸附中子的能力。在核反應堆中，大量存在的氙135會使燃料棒釋放出的中子無法到達其他反應棒，從而減緩反應堆的裂變速度。
當4號機組在1986年4月26日的0點28分，逐步降低功率的途中突然出現了功率迅速降低的情況時，恰好就是反應堆內氙135的濃度達到峰值的時候。本來就已經被控制棒將大量中子吸走的情況下，氙135的增多，便導致了功率的迅速下降。
這種現象被稱作「氙補償效應 Xenon Override」，可惜的是那時的核電站工作人員，並不知道這種現象的存在。
而當1點23分04秒的壓力測試開始後，氙135的濃度開始下降，此時核反應堆的威力才真正開始逐漸顯露。由於水槽中的蒸汽量很少，所以燃料棒所釋放出的大量的熱能並沒能及時被水蒸氣所吸收，而是在不斷進行自我加溫 —— 如果你看到過干燒的「熱得快」，就大概是那個樣子。
操作員們發現苗頭不對，拍下了「AZ-5」按鍵的時候，200餘支控制棒一齊下落。而在切爾諾貝利4號機組上所使用的控制棒，它的結構是這樣的：
從上方落下的控制棒，頭部的阻水棒（灰色），首先會將管道中的水擠出管道，之後再由後部黑色的吸收棒插入反應堆中，吸收中子。然而這一設計的特點是，石墨制阻水棒的中子吸附效果，其實是遠遠差於水的。所以在控制棒的頭部剛剛進入堆芯的時候，水被從管道中排出，而進入的阻水棒卻不能阻止裂變反應的進行。
這樣的控制棒，在以往常規操作中，由於幾乎不用「整根拿出」，更不用「200餘根一齊下落」，所以石墨阻水棒對於反應堆的整體影響，其實是微乎其微的。但是，在眼下的這個環境里，200餘根控制棒一齊插入堆芯，無異於在一瞬間給了堆芯中的中子更自由的活動機會。
於是，就是在這一瞬間，切爾諾貝利核電站，開始變成人間煉獄。
下期繼續。
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