“三代核電廠不會重演切爾諾貝利事故”

“華龍一號”可以抵御9級烈度的地震以及商用大型飛機(jī)的外部撞擊。

最近，根據(jù)蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故改編的迷你劇《切爾諾貝利》將觀眾帶入到對核事故的恐懼及熱議中。

切爾諾貝利核事故是如何發(fā)生的?類似事故會發(fā)生在我國嗎?“華龍一號”等三代核電廠的安全性如何?

探因切爾諾貝利核事故

具有諷刺意味的是，這起迄今為止世界上最嚴(yán)重的核事故起源于一次旨在提高安全性的試驗。該試驗意在檢驗失去廠外電源的情況下，汽輪機(jī)依靠慣性自轉(zhuǎn)繼續(xù)發(fā)電，在備用的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)投入前可以提供多久的電力。

試驗計劃在電廠25%功率下進(jìn)行，但在由100%功率向25%功率降功率過程中，由于操作失誤，導(dǎo)致功率掉到了1%，幾乎停堆。這是事故的第一張多米諾骨牌。

為了盡快提升功率以達(dá)到試驗要求，操作員違反了操作規(guī)程，抽出了幾乎所有可以控制核反應(yīng)速度的控制棒——當(dāng)控制棒插入，核反應(yīng)速率就會降低，功率降低;反之，當(dāng)控制棒抽出，核反應(yīng)速率升高，功率提升。

如果反應(yīng)堆是車，控制棒就既是油門又是剎車。

當(dāng)操縱員“踩滿油門違規(guī)駕駛”時，功率一段時間后開始迅速提高，面對“超速時可能車毀人亡的風(fēng)險”，操縱員又按下了緊急停堆的按鈕，試圖插入所有控制棒進(jìn)行“剎車”。

不幸的是，切爾諾貝利所采用的RBMK式反應(yīng)堆的控制棒設(shè)計有問題，在控制棒最初一段插入時仍會提升功率而不是降低，相當(dāng)于剎車的第一腳仍是給油門。在反應(yīng)堆已經(jīng)“滿油門”狀態(tài)時，這一腳“油”下去，4秒鐘內(nèi)，功率上升到滿功率的100倍，直接“爆缸”。

由于反應(yīng)堆功率瞬間提升造成流過反應(yīng)堆芯的水瞬間被加熱汽化，蒸汽壓力驟升超過管道可以承受的壓力，造成了蒸汽爆炸。

這并非核爆炸——就像高度白酒可以燃燒、啤酒不會燃燒一樣，低濃縮鈾的核燃料從物理上永遠(yuǎn)不會發(fā)生核爆炸。

經(jīng)過多年調(diào)查分析，當(dāng)時的爆炸當(dāng)量約為100噸至300噸TNT，遠(yuǎn)小于核武器萬噸級的當(dāng)量。但爆炸所產(chǎn)生的壓力和能量足以推動混凝土頂蓋、掀翻換料機(jī)、沖破反應(yīng)堆廠房的屋頂，形成高壓煙羽上升至高空。風(fēng)將放射性產(chǎn)物吹到鄰近國家，造成污染。

類似事故不會在我國發(fā)生

我國的核電廠大都采用壓水堆，而切爾諾貝利事故中的RBMK堆型是采用石墨作為慢化劑的壓力管式沸水堆，兩者在設(shè)計上存在巨大差異。這種差異簡單來說，類似于獨輪車和四驅(qū)越野車的區(qū)別。

壓水堆采用“負(fù)反饋”機(jī)制的設(shè)計，即在功率增長的情況下，隨著反應(yīng)堆溫度的升高，會引入負(fù)的反應(yīng)性，自發(fā)地降低反應(yīng)速率，不會發(fā)生功率暴增的情況。壓水堆像一輛自帶穩(wěn)定系統(tǒng)的汽車，在速度突然增加的情況下，剎車會自動被踩下。

而RBMK堆芯由于設(shè)計問題，存在“正反饋”。功率增加時會導(dǎo)致堆芯內(nèi)水的汽化增多，水的減少會導(dǎo)致核反應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步提升功率。就像一輛會自動加速的汽車，在速度突然增加的情況下，RBMK反應(yīng)堆“油門“反而會自動增大。

由此可見，壓水堆在設(shè)計上具有固有安全性，所以不會發(fā)生堆芯爆炸的事故，只可能發(fā)生因冷卻不足而導(dǎo)致的堆芯熔化事故(如美國三里島事故)。需要特別指出的是，三里島事故導(dǎo)致的放射性泄漏遠(yuǎn)小于切爾諾貝利核事故，其中最關(guān)鍵的原因就是RBMK堆型沒有完整的安全殼，而三里島的壓水堆有個巨大且結(jié)實的安全殼，將整個反應(yīng)堆用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的巨大“殼體”完全罩住，即使發(fā)生堆芯熔化，放射性物質(zhì)也會包容在“殼體”內(nèi)部，不會釋放到環(huán)境中。

三里島的核電廠屬于二代壓水堆，而我國已建的壓水堆核電廠大都為二代+三代壓水堆，相比第二代核電廠，安全性又得到了極大的提升，堆芯熔化事故發(fā)生的可能性已經(jīng)大幅降低。除采用更為先進(jìn)的雙層安全殼外，通過一系列設(shè)計改進(jìn)，基于可靠的科學(xué)分析，堆芯熔化的概率已經(jīng)降至1×10-6/堆 · 年以下，即100萬堆年都難以發(fā)生一次堆芯熔化的事故。

“華龍一號”的安全性措施

雖然堆芯熔化的事故已基本上不可能發(fā)生，但出于縱深防御的安全理念，在我國目前具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“華龍一號”等三代核電廠設(shè)計中也考慮了針對堆芯熔化事故的緩解措施。這些措施大都為了保障安全殼的完好性和密封性，避免放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。

例如在“華龍一號”中就設(shè)置了諸多保障措施，如壓力容器內(nèi)的熔融物滯留，通過向堆腔注水并冷卻反應(yīng)堆壓力容器外壁面實現(xiàn)，能夠避免熔融物進(jìn)入安全殼，保證安全殼底板不會被熔穿;設(shè)置氫氣復(fù)合器，能夠在不燃燒的情況下催化復(fù)合安全殼內(nèi)的氫氣與氧氣，避免安全殼內(nèi)的氫氣爆炸;雙層安全殼，外層安全殼能夠抵抗大飛機(jī)撞擊，從而保證內(nèi)層安全殼的完好、密封性等。

目前三代壓水堆核電廠已經(jīng)非常安全，但出于對核電廠絕對安全的追求，以及對公眾健康的極度責(zé)任感，安全相關(guān)的研發(fā)工作一直在進(jìn)行。

我國在核電廠事故及核安全方面的研究能力，已與世界一流水平接軌。在事故現(xiàn)象和機(jī)理的前沿研究領(lǐng)域，我國也開展了很多工作，已建設(shè)或即將建設(shè)多個先進(jìn)實驗裝置。此外，在理論研究和仿真程序開發(fā)方面，國內(nèi)也開展了大量的工作。

當(dāng)前，核安全已被納入到國家總體安全體系，上升為國家安全戰(zhàn)略。核安全高于一切，它始終是核能發(fā)展的生命線。

(作者系中核集團(tuán)中國核電工程有限公司核電安全研究中心工程師)