切尔诺贝利为什么会爆炸？

一、背景

人们不会忘记，1986年，4月26日,前苏联境内的切尔诺贝利核反应堆发生了一起骇人听闻的核泄漏事故：切尔诺贝利的一个核反应堆发生爆炸。据目击者称：当时的火光映红了乌克兰的夜空。此次大爆炸，受灾面积达8200平方公里，受害地区的水源和空气都受到严重污染，37.5万人被迫迁移他乡。当年，前苏联曾动用了大量的直升机、卡车、坦克和推土机去清理灾难现场，然后将受到核辐射的重达数千吨的重型机械和装备集中起来埋藏。与一般居民相比，救灾人员接受辐射的剂量要高得多。据切尔诺贝利的一些民间组织估计，事故至少致使5000人死亡，3万多人致残。其中大部分是当年参加救援的人员。构成了史上最大的核辐射灾难。那么切尔诺贝利核电站为什么会爆炸呢？是因为切尔诺贝利核电站管理混乱？还是因为核电站本身就很危险，是一个随时都可能爆炸的炸弹？要想搞清楚这些，我们还要从核电站发电的原理说起：

二、核电站的原理

简单的来说，核电站发电所利用的能源就是核裂变反应时放出来的大量热能，然后通过这些热能来推动涡轮机机运转，从而产生电能。核裂变是一种链式反应，我们用一个中子去撞击铀235后，会产生钡和氪，以及三个中子。如果不加以控制，产生的三个中子会接着撞击铀235，这样就能产生9个中子，然后9个中子又接着撞击铀235……如此反复下去就会产生一种雪崩效应。最后会产生成千上万个中子撞击铀235，根据爱因斯坦的方程，每一次的撞击反应都会放出大量的热，当反应异常剧烈的时候，就成了作为的原子弹。那么我们如何控制这种反应的速度呢？由上边的反应过程我们可以发现，只要能够时刻控制中子的数量，就能够控制这种链式反应始终温和的进行。事实上，工程师们也是这样做的。

裂变反应示意图

裂变的链式反应示意图

在核反应堆中，发生反应的燃料棒放在循环水中，当燃料棒发生反应放出热能以后，循环水就吸收热量带动发电机发电，同时也为反应棒降低了温度。为了控制反应速率，在燃料棒与燃料棒之间，人们放置了许多可以吸收中子的控制棒。这样整个系统就可以一直不停的运转，能量也就源源不断的来了。这时候，人们发现了一个问题，就是链式反应产生的钡和氪还会接着衰变，同时也会放出许多热能。在平时来看，这似乎还是一个挺好的现象，因为反应堆有循环水一直流动，多产生的这些热能也能够及时的被带出去用作发电，可以获得更多的能量。不过这时人们想，万一停电了，循环水不流动了怎么办？

停电之后，核反应堆能够直接停掉，可是反应产物：钡和氪的裂变是没法阻止的，即使核反应堆突然停掉，钡和氪的裂变反应还是会放出大量的余热。如果没有循环水的运转，这些预热很可能会导致反应堆熔毁。为了保证停电之后，循环水依然能够正常运转，人们专门安装了柴油发电机，来保证停电的时候紧急给循环水供电。可是柴油发电机的启动需要一分钟时间。那么在这一分钟的空窗期该怎么来保证循环水的正常运转呢？

核反应堆突然停了以后，涡轮机也不会立马就停止转动，惯性作用，以及剩余蒸汽的作用，巨大的涡轮机还会转动一段时间，人们设想，可不可以利用涡轮机在惯性作用下转动的这段时间来发电给循环水的运转提供能量呢？如果可以，那么柴油机启动的这个空窗期就能够被完美的补充起来。前苏联在1982年、1984年、1985年、做了三次这个实验，不过糟心的是一次都没有成功。1986年在做第四次实验时，因为一系列的失误操作，最后导致了核电站的爆炸。

三、为什么会爆炸？

导致爆炸的因素总结起来是人为的错误操作，不过实际上却是一系列的因素。首先是时间为题。本来核电站预先准备的实验时间是在白天进行，但是由于基辅市的一个电站故障，供应不了电了，因此给城市供电重担就交到了切尔诺贝利核电站的身上。这样白天就没有时间与精力进行实验，于是就将实验推迟到了晚上。这就为后来的爆炸埋下了隐患。因为晚上核电站一般只有值班人员在那里，而经验丰富的专家们，晚上基本是不在那里的。

不过这并没有阻挡当时实验的步伐，在当天夜里，操作人员就把反应堆的功率降下来了，准备进行实验。可是在降功率的过程中却出现了反应堆毒化。即反应堆中产生了大量的副产物：氙135。不凑巧的是氙135也会吸收中子，如果反应堆产生中子的速度还没有产生氙135的速度快，那么氙135最终会吸收掉所有的中子，使得反应堆停止运行。一般遇到这种情况都是将反应堆停掉，然后重新启动。不过当时的代理总工程师佳特洛夫有些急功近利，他让技术人员关掉自动控制功能，将减缓反应速率的控制棒拔出来，以加快裂变反应，这样就能快速的产生中子，有可能扭转反应堆的毒化现象。

不过当时的切尔诺贝利核电站设计的也是有很多层安全保障的，原则上只要保留28根控制棒不拔出来，怎么折腾都没事，最多反应堆熔毁，也不会出现爆炸。可是由于当时晚上的操作人员不怎么懂，加上代理总工程师的求胜心切，他们直接将控制棒拔的只剩下了18根。这已经就在危险的边缘了。当技术人员把电断掉开始实验时，反应堆的功率瞬间增加到了设计最大功率的十倍。于是手忙脚乱的操作人员赶忙往反应堆里放控制棒。由于一些需要，当时切尔诺贝利核电站的控制棒端部有一小段石墨，石墨能够加快反应的速率。于是反应堆的功率瞬间再次飙升。裂变反应产生大量的热能，直接就熔毁了反应堆的下部，这就导致控制棒插到三分之一插不下去了。于是真个反应就彻底失去了控制。在断电之后的40多秒时，发生了第一次爆炸，第二次，第三次也是紧接着而来。

四、总结

事故发生后，代理总工程师一直不相信是核电站发生了爆炸，他一直坚持认为是控制装置发生了爆炸。因此叫来消防员灭火，当时的消防员也不知道是核电站爆炸了，没有任何防护的去灭火，结果巨大的辐射导致20多名消防员当场死亡。苏联当局对整个事情的判断与反应也是非常的缓慢的，36小时之后才组织附近的居民撤离。后来损失了大量的人力与物力才将事故处理掉。据切尔诺贝利的一些民间组织估计，事故至少致使5000人死亡，3万多人致残。其中大部分是当年参加救援的人员。