切尔诺贝利核事故的原因及影响分析

切尔诺贝利核事故的原因及影响14041325金晨曦（杭州电子科技大学电子信息工程专业14047513班17764592976）摘要...............................................................11.切尔诺贝利核电站的概况...........................................21.1切尔诺贝利核电站所在地概况..................................21.2反应堆概况..................................................22.事故起因.........................................................33.事故的影响.......................................................53.1大量的放射性物质在反应堆爆炸后流到外面......................53.2事故造成了大范围不同程度的污染..............................53.3事故造成了大量人员死亡和癌症患者............................53.4设立半径30km的禁区，撤离人员永远离开了家园.................53.5对地表水体造成了污染........................................63.6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............................................................63.7对人类心灵的创伤无比巨大，严重影响核能的发展................6参考文献...........................................................61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21.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。3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。4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5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