切尔诺贝利事故分析

《环境污染事件与应急处理技术》结题报告2016.121切尔诺贝利核事故分析摘要本文对切尔诺贝利核事故进行了全面的分析。阐述了核反应堆的放射性核产物作为核事故的污染来源。描述了切尔诺贝利核事故发生的全过程，总结了事故发生的主要原因。具体说明了切尔诺贝利核事故的国际影响及各国的应对措施。同时，本文综合介绍切尔诺贝利核事故对人员伤亡、生态习境、民众健康、公众心理、社会经济等方面的影响和后果，并针对核染物进行的应急处理技术进行了详细的介绍。在此基础上，对切尔诺贝利核事故进行深入思考，在应急预放、安全措施、运行安全、安全管理和事故后处理等方面作出了经验总结。关键词：切尔诺贝利核事故；核污染；核安全；核电站1.切尔诺贝利核事故污染物来源核污染的来源主要有核武器爆炸、核反应堆的核产物及核废料、医学及科研和工业生产四种。核反应堆的放射性核产物及其报废燃料是核污染第二大来源。核电站及其它反应堆中大量裂变核废物，原则上是完全密封的，只在停堆换装核燃料时才取出转送到专门核废料处理厂进行处理。一部分回收做新核燃料，剩余废料则经密封包装转送到专门核废料库永久保存。上述生产、运输及加工过程的任何泄漏都是造成环境核污染的来源。由于对于核安全的极端重视，现代核电站、反应堆正常运行中的泄漏是严格禁止的，一旦有泄漏发生就是核事故。前苏联切尔诺贝利核电站堆芯熔化的大泄漏事故，是人类历史上最严重的一次技术灾难，在事故中释放物质的放射性核素组成是很复杂的。碘和艳的放射性同位素是最具放射学意义的：碘的放射性半衰期短，在短期内具有较大的辐射影响;艳的半衰期为几十年，具有较大的长期辐射影响。释放到大气中的物质广泛地扩散，最后沉积到地球表面，实际上在整个北半球都遭到了可以测量到的污染。事故对乌克兰及全东欧环境造成严重核污染。2.切尔诺贝利核事故发生的过程及原因切尔诺贝利电站共有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《环境污染事件与应急处理技术》结题报告2016.122式沸水堆。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2.0%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。发生事故的是电站的第4号机组。该机组原定于1986年4月底停堆中修。在停堆前计划进行一次旨在提高供电系统安全性的涡轮发电机组惰转供电试验，即利用涡轮发电机组的惯性在蒸汽供应中断后继续维持短时间供电，以保证反应堆的安全。4号机组从1986年4月25日1点整(莫斯科时间)开始降低功率，到13点5分降低到额定功率的50%，随后由于电网的需要推迟了机组从运行状态下解列，直到23点10分又开始降低功率。惰转试验预定在反应堆功率降到额定功率的20%-30%时进行，但由于堆的复杂动力学过程不易控制，操作时发生过冲而使功率降到额定功率的1%以干。为了重新提升功率，操作人员做了大量的努力终未成功，因为此时反应堆已掉入“碘坑”，由“碘135”衰变为“氙135”的过程使“氙135”大量堆积，降低了堆芯的反应性。为了补偿这种反应性的降低，把功率提上去，操作人员不顾反应堆安全所需反应性余量（以插入堆芯的控制棒数目来表示，不能少于30根）的要求，在反应性余量只剩6-8根控制棒的情况下继续运行，把大量控制棒提到堆芯顶部，使之处于不能有效控制堆芯反应性的失效区。经过约2小时的折腾，功率回到200MWt（约为额定功率的6%，仍低于预定的试验条件)，开始着手试验。操作人员为此又投入了两台备用主循环泵，使冷却剂流量大大超过标准，因而蒸汽量减少，压力降低，水位下降到紧急事故水位以下。为了避免停堆，操作人员切断了与此有关的事故保护系统。26日1点23分4秒，开始试验，关闭8号涡轮发电机的事故调节阀使之惰转。为了不致因此而自动停堆，以便在一次失败后还可以重做，事先解除了与此有关的保护系统。此时，蒸汽流量的减小使压力逐渐上升;另一方面，由于8台主泵中的4台已从主电网中解列，单独由惰转的涡轮发电机组供电，它们随涡轮发电机惰转而减速，使循环水总流量下降。两个因素在汽泡正反应性系数条件下竞争的结果使功率急《环境污染事件与应急处理技术》结题报告2016.123剧增加。终于，在1点23分40秒，值班长下令按A3-S”按钮实行紧急停堆。但这时由于控制棒已处于最高位置，不但不能对堆芯反应性进行有效控制，反而在控制棒向下运行的最初时刻里引入了新的反应性增长。操作人员感到了堆内几次震动，控制棒中途停止，没有完全插入堆芯。接着操作人员断开控制棒驱动装置的电源，想使其随重力下落，但已无济于事。1点24分，接连两次强烈爆炸。以下事实已得到确认：①第一次爆炸使一些材料抛出，②第二次爆炸使燃料和石墨抛出，@在反应堆厂房外发现了石墨砌体碎块，④在反应堆厂房外发现了燃料碎片;⑤反应堆厂房严重破坏，回吊车和装卸料机倒塌，①爆炸掀起100。吨重的反应堆上盖板，⑧所有压力管断裂，⑧链式反应停止。两次爆炸后燃烧的石墨飞到其他厂房顶上，3,4号机组共用的涡轮发电机厂房房顶的沥青也燃烧起来，厂里大火达30处之多。烟和火焰升腾起大约1.8km高的烟柱，把大量放射性物质送往前苏联西部，送往北欧，送往整个北半球。总结这场核悲剧的原因：首先，RBMK-1000型反应堆的匹配系数过高。(这种缺陷已在仍旧使用的反应堆中得到改正)。其次，对在非标准情况下运行的反应堆机组的动力过程缺乏可靠的知识。第三，反应堆控制系统有缺陷，尤其是在反应堆额定输出功率低于10%的水平上，这套系统不能对堆芯区各部份的运行分别进行控制。第四，控制棒切入过缓及制造上的缺陷导致反应堆紧急保护水平过低。第五，在反应堆交流发电机的停机实验过程中，违反反应堆机组操作基本规程，人为地造成了反应堆控制中的错误。3.切尔诺贝利核事故的国际影响及各国的应对措施这次事故，从堆芯逸出的放射性物质估计为9.25X1017-1.85X1018Bq，其中约3.7X1017Bq碘和7.4X1016Bq艳。释放过程持续了10天，到5月6日才使之突然降到“第1天释放量的约1%“。由于当时低空风弱而多变，1500m高空为8-10m/s的东南风，污染物主要沉积在西北部的白俄罗斯和俄罗斯与乌克兰部分地区，即所谓“乌克兰闯祸，白俄罗斯受害”。高空风将污染物吹往芬兰、瑞典等东北欧国家。正是在瑞典，首先于4月27日探测到了这次事故。《环境污染事件与应急处理技术》结题报告2016.124事故发生后，受到影响的各国均动员了国内有关的技术力量对全国环境放射性水平进行全面监测。在北欧，挪威政府虽正值改组，仍任命了一个由卫生和社会事务部和环境部联合组成的委员会来处理此事。瑞典由地质公司用航测来确定全国范围内铯137的沉降及其分布，由国家防务研究所在50个地区测量地面γ辐射场及其能谱，在7个地区测大气中微尘放射性浓度。在匈牙利，由国家放射生物和放射防护研究所在全国选123个点测户外Y剂量率及其能谱。奥地利亦进行全国范围γ剂量分布的监测。联邦德国组织了全国9个全身计数器实验室，对全境各地区居民体内铯135水平进行了监测，持续了1年余。甚至远至巴西和中国亦进行了环境放射性监测。在进行上述监测工作中，涉及到许多部门，如环境、气象、水文、地质、防务、农业、食品和卫生等部门。监测项目包括烟云行径，粒子沉降及其转移，在环境介质和人体内的污染水平以及居民受照射剂量的估算等。上述部门在履行其职能时发现的问题是:有的国家由于国际上大气层核试验已停止多年，全国性监测系统的应变能力已近乎瓦解状态，无充分的应急计划，导致仑促上阵;有的国家全国范围内使用的测试方法不统一，导致结果难以比较。关于监测结果如何通报和向公众发布，各国的做法也不一。奥地利Steinhausler认为，分三种范围考虑结果的通报:地区范围内在包括各方人士的协调委员会内通报最有效;全国范围内常由于官方机构通讯超负荷而延搁，故较好的方式是科学家之间的个人接触;在国际间则宜采用传统的方式交换情况。挪成和匈牙利通过新闻媒介发布消息。而土耳其为避免居民中产生不安和混乱不发布监测结果。4.切尔诺贝利核事故的危害4.1事故造成了大范围不同程度的环境污染事故发生时，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km，的土地《环境污染事件与应急处理技术》结题报告2016.125受到了直接污染。环境中的放射性物质对人群的影响主要取决于作用途径。外照射主要是沉降在地表的放射性物质;内照射主要是食人被放射性物质污染的食品所致。在事故后头几周，最主要的放射性核素是碘，1987年以后，放射性主要来自铯134和铯135，少量来自锶90。事故后早期，主要食物，如牛奶和绿色蔬菜受到放射性核素的污染，放射水平超过了WHO/FAO制定的允许水平。从长远计，农业上采取有效措施减少食用作物放射性艳的吸收是必要的。目前由集体农庄生产的食品的放射性水平没有超标，而个体农户生产的某些食品则多超过允许标准。在今后十年内，当地从半自然环境(如牧场、林区和山区放牧的动物)而来的某些食品及野生食物(野味、浆果、蘑菇)的铯137水平仍将超过WHO/FAO的允许标准，有时会很高，这将成为内照射剂量的主要来源。4.2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。4.3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年前的锶90和铯137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铯137,有些科学家担心核辐射会对当地人造成几个世纪的影响。4.4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，《环境污染事件与应急处理技术》结题报告2016.126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。4.5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。4.6对人类心灵的创伤无比巨大，严重影响核能的发展在事故后的十年中进行的几项重要的调查表明，切尔诺贝利事故对人群中发生的恐惧、抑郁、焦虑、失望等心理健康紊乱症状有重要影响，但与照射并不直接相关。下列因素对心理障碍的发生有重要作用。（1）严重的核事故发生后，因害怕强制性撤离、担心原社区关系的变动、对辐射的惧怕、生活环境的突然变化造成的诸多不便等原因，致使公众普遍产生精神压抑、心情焦虑、精神压力加大等心理损伤表现。（2）重大的事故后，公众没有及时从官方得到关于事故的确切的信息，强制性搬迁、社会联系中断、几年后仍不了解事故的基本情况，公众对官方