切尔诺贝利核电站事故

1、切尔诺贝利核电站事故事故概况1986年4月26日凌晨1时30分，位于前苏联乌克兰加盟共和国首府基辅以北130公里处的切尔诺贝利核电站4号机组发生了反应堆堆芯熔化、部分厂房倒塌、同时发生火灾的重大灾难 性事故。反应堆内的放射物质大量外泄，不仅影响苏联大片地区，还波及瑞典、芬兰、波兰等国， 成为核电史上迄今为止最严重的事故。核电站概况切尔诺贝利核电站共有4台1000MW级PBMK-10C型核反应堆，这是一种非均匀压力管式热 中子堆，以低浓缩二氧化铀作燃料、石墨作慢化剂、轻水作冷却剂，反应堆热功率为3200MWt 这些反应堆于20世纪70年代引进，其发电量占乌克兰总发电量的50%同时也是大多数东欧

2、国家的重要电力来源。事故发生时，该核电站还有2台核电机组在建。切尔诺贝利核电站4号机组核事故后，其他3台核电机组并未随即因此而关闭，而是在4号机 组采用石棺隔离之后继续恢复运行。此后，2号机组1991年在发生一场火警，乌克兰政府当局认为该机组无法修复之后才宣布终止运作，之后其余2台机组也分别于1996和2000 年正式关闭。事故概况安全装置测试计划1986年4月25日夜间，切尔诺贝利4号机组计划停机检修，打算在停堆前开展8号汽轮发 电机的惰走带负荷试验以及对应急堆芯冷却系统的测试。事故经过事故起因于设计上的严重缺陷和一系列严重违反运行规程的操作，如下表所列。4月25日1时开始降低堆功率,13时

3、05分降到50%额定值并切除7号发电机组（该机厂用负 荷切换到8号发电机母线上）。按试验大纲要求，14时将反应堆应急堆心冷却系统与强迫循环回 路断开。但根据调度要求，推迟了机组解列。因发电机惰走试验要求在反应堆热功率700 1000MW下完成，23时10分又开始再降功率，并按低功率下运行规程要求，切除了局部自动调节 系统。由于未能迅速消除自动调节测量部分显示的不平衡，功率直降到30MW以下。直到4月26日1时运行人员才使功率稳定在200MW水平。1时左右又投入2台备用主循环泵，使运行主 循环泵数量达到8台。这就导致通过堆芯流量增加，蒸汽量减少。汽水分离器中气压和水位迅速 变化。运行人员担心这些

4、参数的变化导致停堆，将有关的保护系统切除。1时23分发现反应堆过 剩反应性已降到要求立即停堆水平。但操作人员不仅没有据此停堆，反而切除8号汽轮发电机组 应急保护系统，开始惰走试验。此时反应堆功率开始重新上升。值班长按下紧急停堆按钮。就在控制棒和停堆棒下落几秒钟 后，接连发生两次爆炸，燃烧的团块和烈焰冲入反应堆上空。反应堆爆炸使高温堆芯碎片落到汽机 房、除氧器间和反应堆厂房某些隔间屋顶上，加之油管破裂、电缆短路等原因，引起7号汽轮发电机厂房、反应堆大厅和与其毗连部分房屋着火，到清晨5时火灾基本扑灭。操纵人员没有意识到反应堆已发生了爆炸，还试图采用应急辅助给水泵来降低反应堆坑室内的 温度，但是所有

5、的泵都无法工作，后改用压缩机站鼓风机往坑室下方空间送氮气。5月6日反应堆坑室温度停止上升，并由于自然通风的建立，温度开始下降。与此同时，为防 止熔化的燃料聚集而达到临界质量并发生自持链式反应的危险 在4月27日至5月10日期间，出 动军用飞机向毁坏的反应堆投掷约5000吨的硼、白云石、砂子、粘土和铅的混合物予以覆盖。5 月6日，事故反应堆向大气释放的放射性物质已从每日数兆居里下降到每日数百居里。5月底， 进一步降到每日数十居里。事故后果事故除导致4号反应堆机组全部毁坏以外，电站其余3台机组也被迫于当天和次日停运， 1号机组于同年10月恢复运行。事故引起的放射性同位素释放可分成几个阶段。最初时刻

6、是弥散的燃料直接从毁坏的反应堆散 逸出来。4月26日到5月2日，因通氮阻止石墨燃烧和对排放物进行过滤，使排放率下降。这 一段时间内排放物中放射性同位素的组成类似于辐照过的燃料。5月2日以后裂变产物排放率又 急剧上升。排放物初期主要是挥发性成分，如碘。5月6日以后，由于裂变产物与抛掷的覆盖材 料相互作用形成了难熔物质，而且燃料温度趋于恒定，继而下降，排放量亦迅速下降。事故中，除 两名电站工作人员因爆炸当场丧生，共有203人受到I度以上的急性照 射，其中29人在1个月 以内死亡。事故发生时，放射性污染物烟羽受气象条件影响，开始时是向西和向北移动，事故后2 3天 内往北移动,4月29日开始又向南移动

7、。随后，被污染的空气团经过白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯 向更远的地方扩散。由于烟羽迁移的结果，先在核电站的西、西北和东北方向造成地面污染，后来 又在南面形成小范围的污染区。事故后核电站附近的辐射水平超过100毫伦/小时。15天后，在电厂西面约5060公里 处和北面35 40公里处，最高辐射水平达到5毫伦/小时。5月初，基辅辐射水平达到0.5_100.8毫伦/小时。6月10 20日期间，基辅水库水中放射性同位素浓度达到10-10居里/升，底部沉 积物中浓度达到10-710-8居里/千克。4月28日10时，瑞典国家辐射防护研究所发现福尔斯马克核电厂辐射水平增加。虽然未发现 反应堆厂房内辐射水平异常，仍

8、然采取了应急措施，撤走了部分电厂工作人员。根据瑞典监测结果 分析，瑞典全境辐射水平均有所增加。5月9日在瑞典中部地区，辐射水平达到100 300微拉 德/小时。核泄漏过程持续了 10天，核反应堆泄漏出的大量锶、铯、钚等放射性物质散到乌克兰、白俄 罗斯、俄罗斯以及其他欧洲国家。事故发生20天后，核反应堆中心的温度仍然高达270C。事故并未在电厂周围居民区中引起患急性射线并发症的大剂量照射。受影响最大的是距电站 30公里以内的人。据苏联官方估计，大部分人受照射剂量不会超过25雷姆，少数撤离得较晚的人受照射剂量可能达到30 40雷姆。对30公里以外地区，由于事故后放射性烟云主要 是向西方和西北方向飘

9、移，受影响地区主要是苏联欧洲部分，以及东欧、北欧和西欧一些国家。苏 联估计在今后70年内，其欧洲部分的居民会通过食物链摄入最多约210X 106人-雷姆的内照射剂量。在1986年会接受到约8.6 X 106人-雷姆的外照射剂量，而在今后50年中还会 接受到29X 106人-雷姆的外照射剂量。这些居民中癌症死亡率的增加将不超过0.4 %。死亡及受影响人数据前苏联的官方统计数据，事故当天，有132人住院治疗，事故后共组织疏散13.5万人。 33人在切尔诺贝利核事故的直接危害下死亡，300多人因受到严重辐射先后被送入医院抢救，有 更多的人受到不同程度的辐射污染。为了防止进一步的辐射，苏联将28万多人

10、疏散到了辐射区以 外。因事故而直接或间接死亡的总人数难以估算，且事故后的长期影响到目前为止仍是个未 知数。2005年一份国际原子能机构的报告认为直到当时有56人丧生，47名核电站工人及9名 儿童患上甲状腺癌，并估计大约4000人最终将会因这次意外所带来的疾病而死亡。波及范围及各国反应外泄的幅射尘随著大气飘散到前苏联的西部地区、东欧地区、北欧的斯堪地维亚半岛。乌克兰、 白俄罗斯、俄罗斯受污最为严重，由于风向的关系，据估计约有60%的放射性物质落在白俄罗斯的土地。瑞典、丹麦、芬兰以及欧洲共同体于4月29日向苏联提出强烈抗议。瑞典国家放射学研究所 发言人说，这次事故后飘落到瑞典东部沿海地区的放射物质

11、的含量已超过正常标准的100倍。瑞 典北部的福尔斯马克核电站周围10公里范围内发现放射尘埃增多，600名工人被迫撤离核电站， 近千名居民排着长队等候接受放射性尘埃的检查。丹麦首相施吕特强烈谴责苏联未能立即就核电站发生的事故向其邻国发出警报。波兰政府专门 成立了由副总理牵头的委员会，负责处理这起事故的危害等有关问题，并采取措施防止核电站溢出 的放射尘埃危害波兰人的健康，指示人们不要食用喂养青饲料的奶牛所产的牛奶，向有关地区18 岁以下居民发放碘化钾。德国展开了一场马拉松式的长年论战，2002年德政府立法放弃核能。南斯拉夫政府也要求居 民不要利用雨水，不要饮用放牧于野外的牛羊的奶，不要生吃新鲜蔬菜

12、。此事故引起大众对于前苏联的核电厂安全性的关注，事故也间接了导致苏联的瓦解。苏联瓦解 后独立的国家包括俄罗斯、白俄罗斯及乌克兰等每年仍然投入经费与人力在灾变的善后以及居民健 康保健上。经济损失切尔诺贝利核电站发生事故后5个多月才恢复发电，使前苏联蒙受了巨大损失。据前苏联官 方公布，这起事故造成的直接经济损失达20亿卢布（约合29亿美元），如果把前苏联在旅游、 外贸和农业方面的损失合在一起，可能达到数千亿美元。为了清除核事故的影响，保障居民的健康，前苏联政府在每一个州和地区建立了切尔诺贝利事 故受害者治疗与预防机构，对受害者提供免费医疗帮助。还特别在莫斯科建立了联邦抗辐射保护儿 童科学实践中心，

13、治疗受辐射的儿童。十几年来，该医疗保障系统诊治切尔诺贝利事故受害者达几 百万之多，其中包括20余万名儿童。在受灾严重地区，还建立了心理治疗中心。同时，政府还建 立了统一的“切尔诺贝利核事故受害者清单”，对受害者身体状况进行跟踪监视。截至2001年1 月1日，列入俄罗斯“切尔诺贝利核事故受害者清单”的人超过57万。据统计，苏联政府用于清 理核污染、为受害者提高医疗帮助、社会保障、津贴、建设新的村庄和住宅等方面的预算开支高达 230亿卢布。1992年至1998年俄罗斯用于消除切尔诺贝利后果的财政预算460亿卢布，支付 事故清理人员和受灾区居民的津贴和补助达360亿卢布（高于30亿美元），乌克兰30

14、亿美元。白俄罗斯在评估损失时指出，切尔诺贝利造成的损失是白俄罗斯政府32年的总预算，相当 于2350亿美元。至今在俄罗斯因切尔诺贝利核事故受社会保障法保护的人口仍有210万。消除切尔诺贝利后患成了前苏联及其解体后独立的俄罗斯、乌克兰和白俄罗斯政府每年的巨大财政负担，成了这些国家永远还不清的债务。应急措施当时的苏联政府并没有意识到核电站会出现严重事故更没有要求核电站编制应急计划，作应急 准备，而只是在操作规程中公式化地要求有“反事故规程”。反应堆爆炸后，前苏联成立了紧急调查委员会，调查委员会公布的结果令人触目惊心： 在切尔诺贝利反应堆内190吨核燃料中3% 4%的放射性物质已经泄漏，放射性核素碘

15、-131和衰变期 很长的铯-137在空气流的作用下迅速扩散，导致周边地区空气、土壤和河流受到严重污染；电站 周围30公里范围内的辐射强度超过每平方公里15居里，居民身体健康和自然环境受到严重威 胁。为迅速控制放射性物质的扩散，保障居民的生命安全，当局先后动员80万人参加了核污染 的清理工作，迁移重灾区居民27万人，其紧急措施是：1）用直升飞机向反应堆中投放大量硼砂、粘土等材料，以阻止火灾和放射性物质大量外流。2）迁移重灾区居民。电站周围30公里范围是受灾最严重的地区，放射强度超过15居里/ 平方公里。为了保障该地区居民的身体健康，政府将该地区居住的13万居民撤离到安全 地带，并对部分不愿意迁移

16、者强行执行。在5个小时内全部撤离了居住在电站旁普里皮 亚季城的电站工作人员家属。同时，根据受辐射的强度建立了俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰 受核污染地形图，划分了隔离区，迁移受灾居民，并限制在灾区进行生产活动。3）建造反应堆覆盖掩体。爆炸使第4号反应堆完全破坏，电站出氧格、机房以及周围的建 筑物也严重受损。更可怕的是留在反应堆内的大部分核燃料随时可能发生爆炸。为了防止 反应堆再次爆炸，彻底阻止放射性物质继续泄漏，政府决定在破坏了的反应堆上紧急建造 覆盖掩体。利用多班倒的方式，清理人员在放射强度高达每小时100Gy （戈瑞）的环境下，在半年的时间内建成了石覆盖掩体，阻止了放射性物质继续外 流。4）紧急

17、清除重灾区放射性物质。散落到电站周边地区的大量放射性物质成了新的放射源，为 了清除这些重灾区的放射核素，政府紧急调集了国防部防化部队和民用防务人员，将含有 放射性物质的土壤表层铲除，并装在特殊的集装箱里掩埋。类似的清理工作在部分村庄和 地区进行了多次。清理人员还用布擦洗了核电站内部的放射性物质。这些清理措施大大降 低了土壤和空气中放射性物质的含量。事故发生后，发生爆炸的4号机组被用钢筋混凝土 封起来，电站周边30公里以内被定为“禁入区”。前苏联政府在处理这次事故过程中，采取了不少有力措施，组织建立了消防队、防化兵、空中直升机部队、工程兵部队等。参加事故后应急处理的人员达到大约20万人，参加清理

18、的人员更多（80万人）。国际上，像美国、联邦德国等都派出了支援的技术力量。安全隔离措施在事故发生后不久，乌克兰政府当局使用石棺水泥围墙将切尔诺贝利4号机组与其他区域进行了隔离，以阻止辐射扩散。“石棺”于1986年11月建成，以后又经数次加固和防渗漏维修。“石棺”仍存在潜在辐射 危险：1）石棺的支撑物是原反应堆的原来的结构，这些结构已经受损，当失去支撑作用时有顶部塌 陷的危险；2）渗漏的可能，石棺顶部有大量裂缝，雨水渗漏可使温度增加，金属腐蚀和棺内温度增高；3）设计时没有考虑抗震、抗撞击、防水淹等性能，自然灾害时有塌陷危险。据估计，如发生事故其影响不超过30km的范围。目前，石棺内放射水平已降低

19、了 10倍，顶部剂量 水平已由0.5Gy/h降至0.05Gy/h以下。有一组负责剂量检测的专业人员定期进入或在其周 围实施监测，他们的累积剂量为0.5 13Gy,由于是长间隔多分次的照射，这些人员中没 有观察到辐射的确定性健康效应。但这并非是一个永远安全的做法。原因是在于当时以人力及工业机器人搭建的石棺正在严重地 变旧如果石棺倒塌，有可能会导致机组释放出有辐射性的尘埃。这些石棺脆弱程度连一阵小型的 地震，或一阵强烈的大风，都也可能引至其屋顶倒塌。因此，当局曾经研究出好几种加固石棺围墙 的方案。新的石棺设计预计最多只有100年的寿命。因此，永久的石棺建设将无疑对工程师来说，是 一项具挑战未来多代

20、的工程。在1997年丹佛举行的七国峰会中，该组织同意成立切尔诺贝利基金，将通过石棺执行计划（SIP）在一个远离切尔诺贝利厂址的地方建造一个新的石棺，然后将新的石棺安装在切尔诺贝利 4号机组原来的石棺外。该计划将由Bechtel、Battelle、和EDF共同管理设计，预 计2012年可完 成建造。事故原因分析从技术和管理两个层面分析，可能导致切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸事故的缓解和因素如下表所示层面可能发生事故的环节可能导致事故的因素技术层面设计缺陷设计中存在不安全因素和致命性隐患；缺少严格的安全分析，在多 重失效时安全措施不够。技术规程技术规范和运行程序都不完备，操作规程有缺陷，甚至有错

21、误，反 事故措施不够。操作程序混乱操作人员违反一系列操作规程，总工程师完全依靠主观臆断，未按 程序征求安全检察员的意见。运行人员操作运行人员对机组的特性不了解，在没有充分准备情况下，严重违反 运行安全规定，违章操作，轻率地改变试验条件，切除安全保护信 号，机组处于危险状态时运行人员和管理人员竟未发现，运行人员 并不了解这种反应堆涉及存在着不安全因素。管理层面监管缺少严格的国家安全监管机构，监督机制不力。当时刖苏联没有设 立专门的国家安全监管机构，早期设计无安全标准可遵循，设计者 自己负责工程验收的机制非常不合理。组织管理领导层风险管理意识不强，组织管理中缺少质量保证体系和措施， 没有预先做好规

22、避风险的准备。事故应急根本没有事故应急的概念，没有应急预案，更没有建立应急组织。6.1.直接原因事故的直接原因是一系列严重违反运行规程的操作。相关试验的执行者在于切尔诺贝利3、4号反应堆的总工程师讨论了 15分钟后即获同意开展试验，并没有征求安全检查员的意见， 负责反应堆的总工程师也没有到场，正式的批准文件也没有征求核专家的意见。试验过程中，工作人员违反操作规程连续切断反应堆的电源，使主要冷却系统停止工作，于 是堆芯温度迅速升高，造成氢气过浓，以至26日凌晨发生猛烈爆炸，爆炸引起机房起火，浓烟使 人呼吸困难，放射性物质不断外溢。由于在开始试验以前，反应堆较长时间在低功率下运行，使反应堆严重“中

23、毒”，处于难控制 状态。而在开始试验时，运行人员为了维持汽水分离器内水位，开始补水。这时因较冷的水到达堆 心，蒸汽生成量开始大幅度减少，引起自动调节棒上升。因自动调节棒上升到顶，运行人员不得不 使用手动棒来进行控制。到1时22分时，反应堆过剩反应性只剩下相当于6 8根控制棒的数值，功率水平只相当67%额定值。而在这时，又切除汽轮机应急保护系统，开始惰走试验，蒸汽流量急剧减少，导致蒸 汽压力上升。这时又停运4台循环泵，通过水流量又开始减少。这两方面因素的联合作用，使体积蒸汽品质比额定运行条件下增加得快得多，这就导致反应 性急剧增加，产生了大量蒸汽并出现泡核沸腾。由于过热损坏了燃料。在损坏的燃料颗

24、粒和沸腾 冷却水作用下使燃料管道内压力骤然上升，导致了破坏和爆炸。一些降低安全性的措施也是引起事故的原因。为了完成试验，在试验以前就把应急堆心冷却系 统断开并闭锁了汽轮发电机停机信号和汽水分离器水位压力的反应堆保护系统，使反应堆处于无保 护的状态下运行，丧失了自动停堆的可能性。因此，切尔诺贝利核事故的发生，除暴露出pmbk型 反应堆设计上的缺点外，还暴露出不少运行管理上的问题。例如，试验大纲没有规定出应采取的安 全措施，甚至未经过审查；整个试验过程中，一系列违反运行规程的行动，未得到及时纠正。深层原因根据事故后所作的分析，切尔诺贝利4号机组事故是属于引入过剩反应性的事故。苏联P MBK型反应堆

25、在设计上有重要缺陷，即由于在冷却剂中有相的转化，有可能出现空泡正反应性系 数。PBMI型反应堆设计简图如下所示。石墨慢化剂管力 压冷却水反应堆堆芯放犬图当反应堆功率低于20%额定值时，这一正反应性效应就不能被多普勒系数的负反应性效应所抵偿，因而有可能引起反应堆功率的自发增加。 为了补救这一设计上的缺陷，pmbk型 反应堆运行规程规定，反应堆过剩反应性在运行中不得低于相当于30根控制棒的数值；当低于15 根控制棒时，必须立即停堆。事故发生后，前苏联政府立即组建了国家事故调查委员会，调查事故产生的原因。调查组经过 多方查证，最初得出事故原因结论：反应堆设计缺陷是主因。1986年7月3日，前苏联科学

26、院院长和库尔恰托夫核物理研究所所长在前苏联政治局会议上 首次指出，4月25日晚，切尔诺贝利核电站科研人员利用4号反应堆进行一项涡流发电机在空转 过程中能够产生多少电能的实验，实验中由于工作人员严重违背了安全操作规程，导致反应堆出现 故障并失控，随后发生火灾和爆炸；但PBMK-1000 “铀-石墨大功率压力管式”反应堆设计上 的缺陷才是事故的主要原因，工作人员操作失误只是事故发生的诱因。1992年国际核安全咨询组在大量分析事故资料后肯定了前苏联政府的结论，认为事故的原因 是反应堆结构和物理设计上的缺陷，操作人员的错误只是外部诱因。1 996年国际原子能组织在维也纳召开的“切尔诺贝利事故”国际会议上也再次肯定了上述结论。事故原因再添新说俄罗斯有关专家在2004年发表文章称，他们对切尔诺贝利核电站的爆炸原因进行了详细分 析，认为造成事故的主要原因极有可能是地震。曾出现15种震前预兆前苏联科学院地球物理研究院工作人员巴尔科夫斯