閲讀筆記：（技術上）切爾諾貝利是為何爆炸的？為了做斷網停機實驗_風聞

為啥對這個感興趣？本來是和一個哈美分子吵蘇聯模式下千人醫生數量，好像1940年時就5.7了？美國現在才2.4吧？古巴都6.X了，中國2.59……

當時是想找啥資料反駁他説的國企和幹部消耗了80%的醫療資源的説法，但是不知道怎麼找論據。結果在必應、百度、360搜索時，意外看到啥蘇聯搞過什麼駭人聽聞的實驗的帖子。高贊答案是説什麼炭疽實驗死了很多人的，剩下的就是講切爾諾貝利的。

不過倒是第一次找到了完整的介紹切爾諾貝利事故的起因，居然是為了提高安全星座的額外實驗導致的事故。

我看了兩遍，挺頭疼的，大概意思是説反應堆停機的時候，依然需要持續注入1分鐘的冷卻劑來確保安全，這時1分鐘要注入28噸冷卻劑，必須用很多外部電力；蘇聯人假設了一種場景，也就是電網發生故障時應該怎麼辦？初期方案是用多個柴油機發電注入冷卻劑。

但是柴油機從啓動到達到最大功率需要1分鐘的暖機預熱時間，這個時間段內會有危險。所以當時發電廠自己構思了個方案是用渦輪機的慣性發電，產生的電力來供應45秒的冷卻劑注入。不過這個實驗持續做了2次都不成功，慣性電力似乎不夠多？於是對發電機的效率又做了些改進進行第三次試驗。

第三次試驗從原理上來説並不危險，所以不用聯繫原始設計方，廠子裏自己就審批完成了。但是實驗當天趕上一個火電站出故障，要求核電站持續供電，結果實驗時間被推遲到晚上了。

預先受過訓練的那批試驗人員下班了——蘇聯人堅持8小時工作制也太死板了吧？新上來缺乏訓練的人員（有個是3個月前剛升職的），居然繼續執行這次試驗，搞了什麼加速停機啊，關閉自動安全系統啊之類的違規操作來省事，莫非晚班實驗完成的快能趕緊下班不成？

於是出了亂子，3個人裏有2個當時想關機，1個打算繼續做並説服了另外兩個人。然後繼續用他們設想的應對方案去救急，亂上加亂……而且反應堆上的一些操作本身是反直覺的，如緊急停機機制會打來臨時性功率暴增，反而導致爆炸。

然後還有什麼保護層只修了一層，並且違反安全規範用可燃的瀝青來修，加大火災等問題。

整體上為了解決安全隱患而做的實驗反而導致了爆炸，真是個悲劇。不能多佈置一些柴油發電機，確保哪怕是低功率運轉的發電機也能充分供應冷卻劑嗎？

另外不能多付點加班費讓受過訓練的人加班……最好是額外付點設計費，諮詢費，把原始設計人員也找過來監督實驗。涉及核反應堆的實驗怎麼能讓新人負責？

突然想到，聽説汶川地震的時候我國的核反應堆當時也出了類似的問題，結果是軍方緊急運進去了一些柴油發電機解決的。

——————以下是原文：

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蒸氣渦輪測試計劃

在正常運作狀態下，核裂變反應堆有6%的功率來自反應產物之餘熱。在啓動緊急停機後，儘管連鎖反應停止，這些餘熱仍會繼續產生，因此冷卻系統必須持續運作以避免堆芯熔燬。RBMK反應堆使用輕水作為冷卻劑，四號機具有1,600個獨立燃料管道，每個管道每小時需要28噸輕水進行冷卻作業。

切爾諾貝利核電廠的各機組均配備三台備用柴油發電機，以確保在緊急停機且電網異常時，冷卻泵能持續作動。然而，儘管柴油發電機可在15秒內啓動，卻需要額外的60～75秒暖機，方可輸出泵運作所需功率5.5MW。長達一分鐘的空窗期是切爾諾貝利電廠的一大安全隱憂。

當時提出的解決方案是利用蒸氣渦輪的慣性。緊急停機後，蒸氣渦輪仍會持續轉動一小段時間，根據分析，此殘存的渦輪動量可發電供應泵運作45秒，恰好支應空窗期的電力需求。切爾諾貝利電廠為了驗證此一構想，於1982至1985年間進行了三次測試。1982年的第一次測試顯示發電功率不足，在調整系統後，1984，1985年的兩次測試依然失敗。

於是電廠計劃於1986年，利用即將進入歲修的四號機進行第四次測試。由於本次測試主要牽涉電源切換，無明確風險，測試計劃書也就僅由廠長批准，並未跟原設計廠NIKIET和核電管理單位再次確認。然而，問題並非出在測試計劃書。若測試完全遵守計劃程序，整個反應過程將會是穩定安全的，並不會發生最終的爆炸災難。

原先的測試程序為:將機組功率降低至700MW到800MW，但不得低於700MW。蒸氣渦輪發電機全速運轉。上述條件滿足後，切斷渦輪發電機之蒸氣供應。記錄渦輪發電機的發電數據，判斷其是否足夠供應空窗期需求。緊急發電機暖機完畢，渦輪發電機結束髮電。空窗期問題在切爾諾貝利核電廠營運後始終未能妥善解決，是電廠管理方的重點改善項目。

也許正是因為這樣的壓力，使現場的管理人員在問題重重的情況下，仍執意進行第四次測試。測試前置測試前置作業於1986年4月25日早班前展開。早班工作人員已受過行前訓練，一批電機工程師組成的小組也將在場測試新的穩壓系統。4月25日1點16分，四號機組開始逐漸降低輸出功率。在早班人員上工時，輸出功率已降至正常（3200MW）的一半。

碰巧的是，有個小型發電站無預警跳機，基輔電網調度單位遂要求切爾諾貝利優先支援傍晚尖峯用電，延後降低輸出。廠方同意，於是測試被推遲至當日深夜。其他不影響輸出功率的前置作業依然持續進行，包括關閉緊急核心冷卻系統，一個在緊急狀況下向核心注水降温的系統。儘管ECCS不足以阻止最終的爆炸，但關閉它也反映了本次測試對安全的極端忽視。

當日23點04分，基輔電網允許機組繼續降低輸出。延後測試帶來很大的影響，受過訓練的早班人員早已下班離開，晚班人員正準備交接下班，大夜班人員在午夜後將會獨立作業。根據原先計劃，測試應在早班結束並完成停機，大夜班人員只需管理冷卻系統即可。此時計劃更改，大夜班人員為了在交接結束前做好測試準備，決定極快地降低功率。

此時值班主任為亞歷山大·阿基莫夫（Alexander Akimov），操作員為利奧尼德‧託圖諾夫（Leonid Toptunov）。後者三個月前方才升任高級工程師。測試計劃要求四號機輸出功率緩慢降至700至1000MW。4月26日凌晨12時05分，輸出功率降至700MW，但反應堆內產生的衍生物氙-135持續吸收中子，使得輸出功率持續下降，這個現象稱為"反應堆中毒"（英語：reactor poisoning）。

正常功率運作下，充足的中子能將氙-135"燒掉"化為氙-136，但功率過低時，中子供應速度不及於氙-135的產生速度，反應因而逐漸停止。當輸出功率降至500MW時，託圖諾夫又錯誤地將控制棒插的過深，讓反應堆達到停機狀態，輸出功率為0W。此刻，反應堆的輸出功率是測試計劃的5%，值班主任阿基莫夫非常不安，和託圖諾夫共同支持直接停機。

但負責指導實驗的代理總工程師阿那託利·迪亞洛夫（Anatoly Dyatlov）執意繼續進行。兩人被説服後，命令控制室人員關閉控制棒自動控制系統，再以手動控制抽出大量的控制棒。數分鐘過後，反應堆輸出增加，穩定維持在160-200MW，仍然較計劃之測試起始功率700MW為低。這是因為低功率狀態讓氙-135持續生成，毒化反應堆並阻止功率上升。

低功率且充斥氙-135的反應堆造成核心温度，冷卻水流與中子流的不穩定，觸發了一系列警報。控制室收到大量來自冷卻系統與蒸氣管路的緊急信號。但為了提高反應功率，工作人員對凌晨12時35分至45分之間的警報一概置之不理。其他前置作業也於功率回升至200MW時展開。4月26日凌晨1時05分，額外的冷卻泵按照計劃啓動以增大冷卻流。這卻使冷卻流通過冷卻塔的時間減少，冷卻水的均温因此增加，接近核態沸點，這讓反應堆更不穩定。

水流於1時19分超過額定上限，觸發了低蒸氣壓警報。於此同時，增大的水流降低核心温度，又吸收了一部分中子，使得功率依舊無法上升。夜班人員於是關閉兩個循環泵，降低水流，並手動移除了更多控制棒。一系列見招拆招的操作讓反應堆變得極度不穩定。按操作規範，在緊急情況下仍需保留至少28支控制棒插入以確保安全，此時卻只有18支插入。

自動SCRAM停機系統與許多自主/被動的安全功能被關閉，只保留了人工緊急停機系統（“AZ-5”/迅速緊急防禦-5按鈕）。反應堆的配置已經超出原始設計的安全範圍，只要有一點擾動，便足以走向毀滅。測試與爆炸凌晨1點23分04秒，測試正式開始。八個循環泵中有四個保持運作(正常運作下通常開啓六個)。蒸氣供應被切斷，柴油發電機開始暖機，在1點23分43秒前，渦輪發電機必須要滿足循環泵的用電需求。

隨着渦輪動量逐漸降低，發電量逐漸下降，泵輸出的水流量也隨之降少，蒸氣氣泡數量增加。在切爾諾貝利的RBMK石墨緩和反應器的特殊設計中有一個相當高的“空泡係數”（void coefficient），意味着在沒有水、僅有水蒸氣時，減低的中子吸收作用會使反應堆的功率迅速地增加，在這種情況下形成了一個危險的正循環：蒸氣氣泡增加，降低了水吸收中子的效率，進而導致輸出功率增加；而輸出功率增加，又會導致更多的氣泡產生。

自動控制系統試圖阻止正循環發生，但它只剩下12支控制棒的控制權，因而無能為力。凌晨1點23分40秒，根據SKALA中央控制系統的紀錄，AZ-5按鈕被按下，啓動了緊急停機系統。啓動AZ-5的理由至今不明，可能是為了因應温度急遽上升的緊急措施，也可能純粹是測試結束的停機程序。究竟AZ-5是在警鈴大作時，還是一片安詳時被按下，至今仍是眾説紛紜。

在AZ-5按鈕被按下後，被抽出的全部控制棒開始重新插回反應堆中。控制棒的移動速度為每秒0.4米，完全插入7米高的核心需要18至20秒。RBMK反應堆控制棒的設計也是一個大問題。控制棒的底端連結了一塊促進連鎖反應的石墨。原本的設計用意是讓控制棒抽出時，底下的石墨能促進並均勻連鎖反應。但這也導致一開始插回控制棒時，尾端的石墨取代下方吸收中子的水，一來一往反而促進了反應速率。

直到控制棒插入足夠深，反應速率才終於被抑制而下降。此違反直覺的“先升後降”現象在1983年被立陶宛的伊格納利納核電廠所發現，但因為該次停機順利完成，事後此現象也就不為眾人所重視。而且“先升後降”的上升功率不是“幾倍”，而是幾百、幾千倍，也最終導致事故發生。在緊急停機啓動後7秒，石墨部分導致功率急劇上升，核心温度過高使部分燃料棒變形，堵住控制棒管道，於是控制棒僅能插入三分之一。

卡在核心間的石墨繼續促進連鎖反應，不到數秒功率便上升至530MW。高熱進一步產生高壓蒸氣，促使燃料棒破裂融化，且蒸汽壓力迅速增加，根據估計，此時反應堆功率為30,000MW，達到正常輸出功率的10倍。控制面板最後測得的輸出功率為33,000MW。終於蒸氣壓力過大，導致大規模的蒸汽爆炸，一口氣將反應器2000噸的上蓋炸飛，冷卻劑管道爆裂並在屋頂炸穿一個大洞。

為了減少費用，也因它的體積太大，反應堆以單一保護層方式興建，這令放射性污染物在反應堆壓力容器發生蒸汽爆炸而破裂之後進入了大氣。此為多數人聽到的第一次爆炸。這次爆炸摧毀了更多燃料管道，大量的蒸氣湧出，冷卻水的持續流失令反應堆的輸出功率繼續上升。第二次爆炸在第一次爆炸後兩至三秒發生，核心在這次爆炸中炸散，也因此停止了連鎖反應。

然而，在氧氣與極端高温的反應堆燃料和石墨慢化劑結合後，馬上引起了熊熊燃燒的石墨火。產生了極大量的輻射落塵，使放射性物質擴散和污染的區域更廣。由於目擊者的報告和站內紀錄不一致，有一些爭論認為確實的事件是發生在當地時間1點22分30秒。最後公認的版本被描述在上面。根據這種理論，第一次爆炸發生在大約1點23分47秒，操作員在七秒前下了“緊急停機”命令。

爆炸發生後，四號機廠房被炸掉一半，反應堆核心直接暴露在大氣中，核心中央一道藍白光線射向夜空，那是暴露的放射性物質發出的契忍可夫輻射。在建造反應堆廠房時，當局違反安全規範，使用了可燃的瀝青，四號機爆炸外濺的高温物質因此點燃了隔壁三號機的屋頂，製造至少五處火災。三號機此時仍在運作，滅火併維持三號機冷卻系統運作成為當務之急。

三號機值班主任尤里·巴達沙洛夫（Yuri Bagdasarov）極力爭取馬上停機，但為總工程師尼可萊·佛民（Nikolai Fomin）所拒。值班人員領取防毒面罩與碘化鉀錠後依然繼續工作。一直到凌晨五點，尤里·巴達沙洛夫終於下定決心，徑行停機並開始撤離，只留下負責緊急冷卻系統的人員。