切尔诺贝利第四集

切尔诺贝利核事故的原

因及影响分析

集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

切尔诺贝利核事故的原因及影响

摘要

由于燃料多卜勒效应和控制棒的插入暂时补偿了汽泡正反应性效

应，堆功率略降，出现了第一个峰值。之后，燃料碎化引起汽泡骤然增

加，汽泡正反应性效应造成功率急剧上升;堆内压力管内压力上升，使得

逆止阀关闭，主回路流量剧减，这进一步恶化了堆内状况.事后通过模拟

计算得到的功率峰值在4秒钟内达到满功率的100倍。据四号机组外工

作人员说，大约在1点24分左右，相继听到两声爆炸声，接着熊熊大火

在破坏了的四号机组反应堆厂房燃起。

关键字：切尔诺贝利核事故原因影响

1.切尔诺贝利核电站的概况

1.1切尔诺贝利核电站所在地概况

切尔诺贝利核电厂位于乌克兰普里皮亚季镇附近，该镇是电厂人员

的生活区;西北距切尔诺贝利市18km，距离乌克兰和白俄罗斯边境

16km。核电厂在乌克兰首都基辅以北，相距110km。

核电厂周围地势平坦、是一望无垠的平原，核电厂的东面是乌克兰

最大的河流第聂伯河，核电厂的主厂房离第聂伯河大约100m,核电厂的冷

却水取自该河。

第聂伯河一般分为3部分:基辅以上为上游，基辅至扎波罗热为中

游，扎波罗热至河口为下游。上游盆地主要位于森林地区，这里大多是

泥煤一灰壤土壤。上游的特点是空气湿润、湿地多。此地区支流密布，

流量大(占区域流量的4/5)。中游是黑土森林大草原地区，分水岭和河

谷满布森林。下游盆地位于黑壤大草原地区。上第聂伯河流域的年降水

量为560一610mm。第聂伯河流入黑海。

第聂伯河上建有8级水利枢纽工程，实行航运、发电、灌溉、供

水、防洪等综合利用，在库区内有水产养殖，第聂伯河承担着对沿岸城

市供水的任务。

1.2反应堆概况

该电站共有4套机组。第1,2号机组于1977年投产，第3,4号机组

于1983年11月投产。4套机组均为1000MWe(3200MWt)的石墨慢化压力

管式沸水堆（РБМК-1000）。这种堆用1700t石墨砌块作为慢化体，

有1661根平行的压力管垂直穿过石墨慢化体，燃料组件即插在这些垂

直压力管内。还有211根控制保护系统管道分布在石墨砌体中。堆芯等

效直径为11.8m，高7m，总计装有约190t含2%铀235的低加浓二氧化

铀燃料。反应堆备有应急堆芯冷却系统、应急供电系统和一系列安全连

锁装置。

从安全角度看，РБМК型反应堆最大的问题在于其空泡正反应性

系数。此外，堆的反应性余量不足，控制棒从最高位置开始下落时有一

个反应性增长区，以及反应堆没有有效的围封(安全壳)等，都是在设计

上直接与此次事故有关的缺陷。

РБМК反应堆是石墨慢化压力管沸水型反应堆.它由轻水冷却，并

在垂直压力管上部沸腾产生蒸汽。反应堆由两个环路组成，每个环路有

840根装有燃料的压力管、二个鼓式汽水分离器、四台冷却水泵及有关设

备组成。汽水分离器直接向两台500MW电功率的汽轮发电机供汽。反应

堆可以带负荷装卸燃料。

冷却回路的主要部份分别封闭在一些坚固的起安全壳作用的隔室

内。这些隔室与位于反应堆下部的抑压水池系统相连，以便在冷却剂拽

漏时能够收集和冷瞬蒸汽。但是在反应堆上部，特别是压力管上部装卸

燃料的工作面上没有这类安全设施。

在堆芯燃耗平衡时，PFMK反应堆具有正的空泡反应性系数，但燃料

反应性系数是负

的。功率变化时，总的净反应性效应取决于反应堆功率水平。在满功率

运行时，净效应是负的;而在20%满功率以下运行时，净效应是正的。_因

此，操作规程规定禁止在热功率700MW

以下运行。否则，会发生热工水力参数的极端不稳定性。

РБМК反应堆有211根中子吸收棒，分别用于总的功率控制、局

部功率分布调节和紧急保护.紧急事故停堆靠插入所有吸收棒，最大下插

速度为0,4m/s.为保证所需功率分布和负的净反应性系数，运行规程规

定运行时插入堆芯的吸收棒必须不少于30根。

1986年4月26日切尔诺贝利核事故发生在四号机组。截止那时，苏

联对这种堆型已有100堆年的运行经验，切尔诺贝利四号机组也成功地

运行了三年，而且还是РБМК系列中运行纪录最良好的机组之一。

2.事故起因

切尔诺贝利核电站四号机组计划于1986年4月25日停堆检修.停堆

之前，拟定在该机组8号汽轮发电机上做一项实验。实验的目的在于:探

讨厂内、外全断电情况下汽轮发电机中断蒸汽供应时，利用转子惰走动

能来满足该机组本身电力需求的可能性。

切尔诺贝利核电站曾经作过类似的实验。当时发现:发电机母线上的

电压早在转子惰走动能耗尽之前就已下降。这次实验准备用特制的电机

磁场调节器来解决这一问题。

计划停堆前，四号机组一直在额定参数状态下运行。4月25日凌晨

1点正，操作人员按照计划开始降低反应堆功率。于13点5分，反应堆

热功率降为1600MW，同时停止该机组的7号汽轮发电机。14点正，按

“实验大纲”要求，为了防止实验过程中应急堆芯冷却系统动作，解除

了该系统的备用状态.之后，本应开始作实验，但由于应电网供电要求，

该机组继续运行。这样，四号机组在解除了应急堆芯冷却系统备用状态

下运行，违反了操作规程。

于23点10分，再次降低反应堆功率。按照“大纲”要求，实验是

在反应堆热功率为700-1000MW条件下进行。但是，在根据操作规程解除

局部自动调节系统后，操作人员没有能够及时地排除自动调节器测量部

分所引起的不平衡状态。结果，反应堆热功率降至30MW以下.直到4月

26日凌晨1点，操作人员才成功地把反应堆热功率稳定在200MW。由于

反应堆处于“中毒”过程，同时堆内可利用的剩余反应性量小，未能实

现进一步提升反应堆热功率。此时反应堆热功率显然低于“大纲”要求

的值。

尽管如此，仍决定进行实验。于1点03分和1点07分分别启动两

个环路的一台备用冷却水泵，连同一直在运行中的六台主泵，八台冷却

水泵全部投入运转。

由于反应堆热功率远低于计划值，从而引起堆芯和环路水阻偏低，

加上八台冷却水泵全在运转，通过反应堆的冷却剂流量超过了规定允许

值。这是违反操作规程的，因为流量过大会引起泵的汽穴发生从而导致

振动和损坏。

通过反应堆的水流量的增加，造成了堆芯内产蒸汽量的减少以及汽

水分离器中蒸汽压力和水位的下降。操作人员试图用手动调节来维持汽

水分离器中蒸汽压力和水位，但未能达到目的.在这期间，他们看到汽水

分离器中蒸汽压力下降了0,5-0.6MPa，水位低于警戒线。为了避免反

应堆停堆，操作人员解除了与这些参数有关的事故保护信号。并于1点

19分，加大给水流量。30秒后流量加大到初始值的三倍多，从而成功地

抑制住了水位的下降趋势，水位趋于稳定。为了提高水位，继而进一步

加大给水流量，约1分钟后给水流量加大到初始值的四倍。

当汽水分离器中较冷水进入反应堆堆芯后，产蒸汽量明显下降。堆

内容积含汽量减少导致负的反应性效应，因而引起自动调节棒提升。约

30秒内，自动棒提升到上部终端位置，操作人员不得不提升手动吸收棒

以维持反应堆在200MW功率下运行。由于不断提升手动棒，堆芯内控制

反应性的能力不断减少。

为了限制汽水分离器中水位的进一步上升，于1点21分50秒，开

始大幅度减少给水流量。1点22分10秒，较热的水进入堆芯，从而引起

堆内蒸汽品质上升。为了补偿蒸汽品质上升(正反应性效应)，自动调节

棒开始不断下插。

直到1点22分30秒，操作人员才停止减少给水流量，此时给水流

量已减少到比正常值小1.5倍(这是操作人员疏忽造成的操作错误).伪了

在实验正式开始之前了解堆内中子场分布和反应性安全余量情况，计算

机打印输出堆内功率分布和每根控制棒在堆芯中的位置。操作人员从反

应性快速计算程序打印结果看到:堆内反应性贮备已经太少，应立即停堆

(按操作规程规定:至少应有30根控制棒留在堆芯内，但这时仅有6-8根

棒留在堆内)。

尽管如此，操作人员并没有停堆，而是开始实验。

1点23分4秒，该机组的8号汽轮发电机的紧急截止阀关闭以停止

向汽轮机供汽.此时，两台汽轮发电机都已解列(7号汽轮发电机已在4月

25日停车)，反应堆理应自动停止.但是，操作人员临时决定解除了该事

故保护信号，致使反应堆继续在约200MW热功率下运行。这样做的目的

在于:如果第一次试验失败的话，有可能再次重复试验.但“大纲”中并

没有这样的要求，这样做再次偏离了实验计划。

由于较热的水进入堆芯(减少汽水分离器给水流量所致)和通过堆芯

流量减少(停掉了四台冷却水泵)，使得堆内产蒸汽量增加，反应性增加

引起自动调节棒下插.I点23分3I秒，自动棒巳补偿不了蒸汽品质提高

引起的反应性加大，反应堆功率开始上升。1点23分40秒机组值班长命

令操纵员按AZ-5按钮（紧急停堆用按钮)停堆。所有吸收棒和紧急停堆

棒开始下插，但由于绝大多数吸收棒处于最上部位置，不能立盯起到抑

制反应堆功率作用。3秒钟之内堆功率上升到530MW上，反应堆功率上升

周期短于20秒，致使超功率保护和短周期事故停堆信号出现。但这一切

已经不能阻止一场灾难性事故的出现。堆内传热条件的恶化，使得堆芯

压力管内燃料棒温度急剧地上升。由于燃料多卜勒效应和控制棒的插入

暂时补偿了汽泡正反应性效应，堆功率略降，出现了第一个峰值。之

后，燃料碎化引起汽泡骤然增加，汽泡正反应性效应造成功率急剧上升;

堆内压力管内压力上升，使得逆止阀关闭，主回路流量剧减，这进一步

恶化了堆内状况.事后通过模拟计算得到的功率峰值在4秒钟内达到满功

率的100倍.据四号机组外工作人员说，大约在1点24分左右，相继听

到两声爆炸声，接着熊熊大火在破坏了的四号机组反应堆厂房燃起。

3.事故的影响

3.1大量的放射性物质在反应堆爆炸后流到外面

根据俄国科学家的报告，切尔诺贝利4号反应堆共有180一190t的

UO2以及核反应产生的核废料，他们估计有5%一30%的物质在事故中流到

外面。有资料称在事故中有8t多强放射性物质进人到环境中去，其强度

相当于日本广岛和长崎两颗原子弹的100倍。

3.2事故造成了大范围不同程度的污染

事故发生时，反应堆爆炸形成的放射性尘埃飘到俄罗斯、白俄罗斯

和乌克兰，也飘到欧洲的其他国家和地区，例如:土耳其、希腊、摩尔多

瓦、罗马尼亚、立陶宛、芬兰、丹麦、

挪威、瑞典、奥地利、匈牙利、捷克、斯洛伐克、斯洛文尼亚、波兰、

瑞士、德国、意大

利、爱尔兰、法国和英国，造成了空气和地面不同程度的污染。至今西

欧有的国家还在对牛奶实施放射性检测。核电厂周围6万多平方千米的

土地受到了直接污染。

3.3事故造成了大量人员死亡和癌症患者

对人员死亡和因核辐射引发的癌症患者在报道中相差很大，按官方

的说法，因事故当场死亡30人，事故至少造成9.3万人因辐射患癌症

死亡，27万人患癌症，大约600万人受到核辐射的侵害。

3.4设立半径30km的禁区，撤离人员永远离开了家园

在事故处理中，当局将以核电厂为中心、半径30km的广大区域划为

禁区，在该区域撤

离了135000人。原来这里是生活的天堂，事故后变成了荒无人烟的地

方。20年后有报道

称:隔离区内的平均照射度仍大于100毫伦琴，隔离区以外是较重污染撤

离区，平均照射度在60毫伦琴左右，个别地方可达150一200毫伦琴;

再往外是轻度污染的准撤离区，平均

照射度在30毫伦琴;有人担心20年前的90Sr和137Cs还会对土壤的污

染仍会存在，植物、

昆虫和蘑菇等仍会从表层的土壤中吸收137Cs,有些科学家担心核辐射会

对当地人造成几个世纪的影响。

3.5对地表水体造成了污染

放射性尘埃落到附近第聂伯河的水体中，在库区聚集，造成对水生

物的严重影响。从资料中发现，核电厂的基础坐落在粘土层上，粘土层

较厚，粘土层下面是一含水层，该含水层是当地和乌克兰首都基辅市的

地下水源。由于粘土层的不透水性和对放射性核素的吸附作用，地下水

未受污染，所以，事故处理中没有像福岛核事故那样闹水荒。

3.6前苏联政府为处理事故付出高昂的代价，今后还会付出多大代价尚无

法预测

专家估计，事故处理花费达数百亿美元，可建10多个这样的该核电

厂。建安全封闭壳需8.7亿欧元，该壳的设计寿期为100年，100年后

还要投资，是一个无底洞。

3.7对人类心灵的创伤无比巨大，严重影响核能的发展

切尔诺贝利核事故后，国际社会陷入了核恐惧中，德国、美国等国

掀起了反对建设核电厂的浪潮，20多年核能发展陷人低谷。

参考文献

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