我的切尔诺贝利遗址之旅,重返历史现场,寻

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手扶电梯快速上行。基辅地铁是苏联时代所建,为冷战计,苏联地铁往往深不见底。通行隧道奇长,站到腰疼才登了顶,昏暗一变为光明,恍惚有时空穿越之感。

我走出地铁站。这里是基辅的Вокзалпвденний,大约相当于中央火车站,在基辅市中心偏西。

行旅来往,步履匆匆。

站前有座东正教小教堂,希腊十字设计,拜占庭式,粉墙金顶。

外面淅淅沥沥下着雨,天色阴沉,笼罩了一层灰色滤镜,仿佛走进了旧时代的纪录片。

小教堂不远的路边,就是我们集合的地方了。

我撑了伞,快跑几步过去,和领队会了面。领队是基辅当地人,二十来岁的姑娘,说话爱笑,英文流利极了。

我上了车。那是辆小面包,除了司机、领队之外,加上我一共八个乘客。车上都是乌克兰人和德国人,除我以外。

八点整,车子驶出。

领队提醒我们,不要触摸禁区内任何东西,不要在外吃东西,不要揣走禁区内的东西当纪念品。一切都有辐射危险。至于一定要穿长衣长裤之类的,几天之前,我们就被预先告知了。

最后,领队强调,雨水可能沾染辐射粒子,一定要打伞。

我们签署了知晓书,各做了自我介绍之后,车上开始播放纪录片。

外面的雨骤然变大,哗啦啦扣着车窗,天色更显暗沉阴郁。

车行向北,我们驶往切尔诺贝利。

01废弃的村落

大约一个半小时后,我们抵达切尔诺贝利禁区外,过检查站。

核事故之后,以反应堆为中心,政府划了一个半径三十公里的禁区,人畜辟易,军队驻扎管理。

车上人一一下来,大兵挨个检查护照和登记信息。领队撇了撇嘴,说这些大兵原来月工资是~格里夫那(乌克兰货币,除以4就是人民币标价了)。自从年切尔诺贝利开放旅行之后,军队和旅行社合作,大兵有了抽成,待遇就好多了。

在领队看来,这些大兵啥也不干,漫不经心往那儿一杵,钱就哗啦啦入账,而自己要苦哈哈带队赚辛苦钱,太不公平。

实际上,我私心揣测,大概是因为乌克兰整个警察系统、军队系统都弥漫着腐败,乌克兰人天然讨厌罢了。

多说一句。为防吸收过量辐射,不论是旅行社领队,还是驻守大兵,都是每个月只上15天班,剩下时间休息。

类似这样的检查站,我们全程一共经过三次。

过了检查站,正式进入切尔诺贝利禁区。

十几分钟后,我们到了废弃的村子Chereach。

雨渐渐小了,只飘着濛濛细粉,若有若无。

我们走进空无一人的村落。

已经是秋季,枝叶微残,半绿半黄落了一地。只远远看过去,半点没有村落的样子,全是斜树衰草,密密层层。

此时,盖革计数器显示辐射值是0.17。

看过切尔诺贝利事件报道的都知道,当时提到辐射,用的单位都是“伦琴”。事实上,当辐射值需要用“伦琴”来计量的时候,这个环境就已经对人体有伤害了。

我们生活环境中常用的辐射单位是“微希沃特”。不知为何,驴友圈特别喜欢用港台的翻译版本,称之为“微西弗”。

概括来讲,1伦琴=微希沃特。我们盖革计数器显示的数值就是以微希沃特为单位的,后文我都用缩写μSv表示。

一般城市中的辐射值在0.1~0.2μSv之间。出发时,基辅市内显示的数值也不到0.2μSv。领队说,不超过0.5μSv就没问题,在禁区内,3μSv以下是可接受范围。

就我观察,禁区内我们到过的大部分地方,盖革计数器数值都在0.5μSv以下。历经30多年,切尔诺贝利周围空气中的辐射粒子已经散得差不多了。真正危险的,是禁区内的土壤、建筑以及其他废弃物。

房屋破败残朽,有草木掩映,不走到近前,绝难发现。枝叶横斜,乱草参差,编织出一张张罗网,尘封了一座座旧居。

我随便钻了几间屋子。无一例外没门没窗,地板塌朽,黄叶入室,网尘遍布。为防辐射聚集,当年疏散居民之后,苏联政府专门派人捣烂了所有门窗。

屋里还摆着旧时代的搪瓷缸,窗口还晾着靴子。

院里有只废弃的鞋,已经爬满青苔。

鞋犹如此,人何以堪。

领队走到一棵树旁,把盖革计数器往根部探过去,数值蹭地飞上了10μSv。计数器叫了起来,那是预警声,只要过了四点几就会狂响,声音刺耳,似乎故意设计成了令人不安的调子。

她说,以前附近住了个老奶奶,访问禁区的人都会先来探望她。不过,我们见不到了。她前两年刚去世,终年88岁。

你可能有疑问,苏联不是疏散禁区民众了么,怎么还有人?

确实疏散了,但后来有人陆续回迁,扒了铁丝网,回到老家。当局发现了,立马把他们赶走。事后,他们又悄咪咪踅回来。几次三番,政府也不再强求。这样的大约有百八十人,都属于苏联遗老,大部分是老奶奶。当局想了,反正都是老人家了,由得他们吧。按他们自己意思,半截身子都入土了,我还怕啥辐射?不如回到故乡。

禁区其实划了两个圈,核电站周围10km是一级禁区,30km是二级禁区,他们就生活在两个圈之间。自己种了萝卜土豆,每天养鸡喂猪,偶尔出去采个蘑菇,再到普里皮亚季河钓个鱼,自给自足,快乐无忧。每年复活节时,几个老人还凑个饭局,又唱又跳,伏特加对瓶吹。

说起这复活节,东正教复活节和天主教差了些日子,每年大致落在四五月间,年复活节是5月4日,而那场核灾难发生于4月26日,相距不远。所以,复活节于他们而言,不仅是节日,也是往事的纪念日。

他们之所以回来,也不仅仅是安土重迁、落叶归根那么简单。

一来,他们毕竟是沾了辐射的人,有时会遭人疏离、冷落甚至嫌弃,不免伤心难过。

二来,别看俄罗斯、乌克兰年轻人谈起苏联都是一脸的嘲弄、鄙夷,老一代人不是这样,他们经历过苏联时代的安定和解体后的悲苦,普遍有怀念苏联的情绪。苏联解体后乌克兰到底混得什么鬼样,大家有目共睹。

现实之潦草愈发令人怀念过往。而被封禁的切尔诺贝利地区,虽然辐射遍布,这缺那少,但没有糟糕透顶的乌克兰当局,没有贪婪成性的寡头,没有卖国求荣的买办,就像是一小块苏联的保留地,足以寄托故国情思。

大家不要只看乌克兰大饥荒的影响,要知道,年苏联公投是否保留苏联,乌克兰81.7%投了赞成票,比总投票结果的77.85%还要高。

种种因素叠加,他们宁可短了命,也甘愿在这里老死。

不过,说来意外,和当初迁居他乡的民众相比,这些老人算得长寿了,很多都上了八十岁。

重新上车,过了第二道检查站,我们来到切尔诺贝利核电站厂区。

遥遥望去,能见到一座巨大的白色拱形石棺,它下面封印的就是当年的灾害之源4号反应堆了。

我们远远停了车,盖革计数器数值升到了0.81μSv。石棺附近的辐射值大约在1μSv左右,是正常城市里的7~10倍。

02核电站的设计

谈起切尔诺贝利核事故,大家常常无限唏嘘。但我发现,没几个人真的能说清事情始末。借这个机会,我们一同走进三十五年前的那场事故,看看灾难究竟是如何发生的。

首先咱们要聊一下核电站运行的原理,之后谈福岛核事故时依旧用得上。别担心,咱们只说简单版本。

先回顾下火电的发电原理。大把地烧煤,煮水,水沸腾之后成了蒸汽,蒸汽推动涡轮机的叶轮旋转,机械能转化为电能,就有电了。核电其实一样,只是不再用燃煤产生的热能来烧水了,而是用核裂变产生的能量。

用作这种核裂变的物质,我们称之为核燃料。

核电站常用的核燃料是铀(yóu)。

铀是唯一天然存在的易裂变核素。用一个中子去轰击铀原子核(以下简称“铀核”),铀核会裂变为两个较轻的原子核,同时释放三个中子,这三个中子再去轰击其他铀核,其他铀核裂变,也释放中子,继续去轰击更多铀核,就这样,“一传十,十传百”,反应规模指数级放大,这就是核裂变的链式反应。

刚才提到,铀核分裂成两个较轻的原子核,这个过程中,质量出现了亏损。根据爱因斯坦大神的质能方程,E=mc(能量=质量×光速)。质量亏损会以能量形式释放,这就是我们俗称的原子能。

为什么小小原子核裂变能释放这么大的能量?

回看刚才的质能方程,能量=质量×光速,光速是个多大的数字啊,m/s,九位数,平方之后,十七位数。不管多小的质量亏损值,乘了光速平方之后,都是个恐怖数字。

这样的数字再叠加链式反应,能量惊人。用上战场,就是原子弹;用来烧水,就是核电站。

区别在于,铀浓度不同。核电站的铀浓度徘徊在2%~3%,一般不超过4%;而原子弹的铀浓度要在90%以上,惟其如此,才能保证链式反应的烈度。

大家经常听新闻念叨伊朗核问题,说伊朗浓缩铀丰度提高到多少了云云,为啥外界这么关心这个指标,就是因为它直接关系到伊朗是否会拥有核武器,进而影响整个中东政局。

说完了核裂变原理,咱们来看切尔诺贝利核电站的反应堆。

切尔诺贝利用一共有六台机组。年事故发生时,有四台机组正在运行,第五台机组建了70%,事故发生后废了,第六台机组直接停建。四台机组使用的都是RBMK-反应堆结构,中文译为“石墨慢化沸水反应堆”,名字里的“石墨’是关键。

反应堆运作的大原理和前文所述一致。用水泵抽水进入反应堆,堆芯的铀做裂变反应、释放能量,水经过时被加热烧开,然后抽出,抵达汽水分离器。汽水分离器就是分离蒸汽和液态水的。水蒸气被分离出来,推动涡轮机发电,做功完了,又冷凝成液态水,再抽回去循环,如此反复。

注意,这个过程中,从堆芯的角度看,它加热了水,从水的角度看,它带走了堆芯的热量。换句话说,对堆芯来讲,水有冷却作用。

接下来我们聊聊反应堆堆芯的设计,图中我用大圆圈圈出来的就是堆芯,其他地方不用看。

提供能量的铀以二氧化铀形式被做成了一个个长条形,我们称之为燃料棒,燃料棒外面包裹了一层石墨。为什么包石墨呢?

石墨是中子慢化剂。前文提到,中子撞击铀原子核,铀核裂变后释放三个中子,这些中子再去撞击其他铀核。这里有个问题,如果释放出的中子速度太快,其他铀核难以捕获。

打个不恰当的比方,你要给司机塞小广告。在高速公路上,车开得都快飞起来了,你怎么塞?学秀念吗?石墨可以让中子减速,就好比路上堵车了,你就可以从容地挨个塞小广告了。

也就是说,作为中子慢化剂的石墨,是核裂变反应的加速剂。这话初看有点绕,总之,你只要记住结论,石墨会促进反应的发生。重要的事情说三遍:

石墨会促进反应的发生;

石墨会促进反应的发生。

这直接关系到年事件的结局。

如果把反应堆比作一辆车,刚才说的这部分就相当于是反应堆的油门,接下来咱们讲讲刹车系统。

刹车系统是由根控制棒组成的。控制棒由碳化硼制成,而硼元素吸收中子的能力非常强。

图中间红色的长条就是二氧化铀做成的燃料棒,黑色的就是碳化硼做的控制棒。控制棒往下一插,插进铀棒和铀棒之间,中子悉数被硼吸收,没法轰击铀核了,链式反应就停止了。于是,调整控制棒插入的数量以及深浅,即可调节反应的烈度。

这就是堆芯的主要设计。我说的比较简单,省掉了许多细节,仅供参考。

接下来,咱们聊聊当年到底发生了啥。

03要命的测试

一切始于一次安全性测试。说来讽刺,安全测试最终导致了安全事故。

刚才说了,控制棒完全插入之后,链式反应就会停止。但是,之前反应产生的一大堆副产物还在衰变,放出热量。所以,需要继续抽水进去,冷却堆芯,带走热量。否则,堆芯就有融毁风险。

而要保持水泵运转,就得给水泵供电。一般来讲,核电站都是依靠厂外电源或者其他反应堆供电,因为,如果自己给自己供电,一旦出了故障,就没法给水泵供电了。为了双重保险,核电站还准备了柴油发电机,万一电网崩了,其他反应堆也歇菜了,可以应急。

不过,柴油发电机有个bug,启动需要1分钟。

这一分钟有点危险,怎么把这一分钟空档给续上呢?

专家想到了反应堆自己的涡轮机。正常情况下,烧开的蒸汽就是推动涡轮机旋转发电的。

即便反应堆停了,涡轮机也不会立即停转,还得再转个几十秒,想想你家的电风扇,按了关停键,也还得再转几圈。专业名词称之为“堕走”。核电站和家用电风扇那可不是一个量级,即便是堕走,也是高速旋转,势能强大。

专家想的是,利用涡轮机堕走发电,抽水循环,来补足柴油发电机缺位的这一分钟。但是,这只是设想,需要实验。

这就是核电站要做的安全性测试。

这个测试一共做了四次,前三次都失败了,年4月25日,切尔诺贝利4号机组迎来了第四次测试。

4号反应堆正常运行功率是兆瓦。为安全计,预定在兆瓦的低功率下进行断电测试。

按原计划,4号反应堆功率逐步下调,到中午时,下调到了兆瓦。提示下,功率下调主要依靠的是插入更多控制棒或者让控制棒插得更深。

这时,意外发生了。基辅的一个发电站出了故障,导致供电紧张,如果切尔诺贝利4号反应堆再调低功率,基辅就得拉闸限电了。电网调度的负责人给电厂厂长打了电话。于是,4号反应堆功率不再下调,维持兆瓦,一直熬到夜里用电高峰过去,再进行测试。

这么一来,进行测试的人就变了。白天人员齐备,业务精熟,而值夜班的人就不够有经验了。负责指挥测试的是副总工程师迪亚特洛夫(Dyatlov),夜班的值班主任是阿基莫夫(Akimov),操作员是刚来四个月的新手托普图诺夫(Toptunov)。

当晚11点10分,他们接到消息,可以调低功率了。值班主任阿基莫夫指示托普图诺夫按原计划下调功率,本来是要调低到兆瓦,以便断电测试,可是,功率不受控地骤然下降,跌到了30兆瓦,几乎是停堆了。

原来,反应堆毒化了。

链式反应过程中,会产生碘,碘又会衰变为氙(xiān)。氙喜欢吃中子。而中子轰击铀核是链式反应持续的关键,中子都被氙吸收了,反应可不就凉凉了。大量氙堆积,阻碍反应,反应堆有如中毒一般,故称“反应堆毒化”(亦称“碘坑”)。

核电站以正常功率运行时,铀核接连裂变,释放巨量中子,很快就把氙喂饱了,所以没这个问题。

坏就坏在,从中午开始,反应堆以50%功率运行,反应释放的中子难以中和氙,已经有近十个小时了,氙占山为王,所以,下调反应堆功率时,功率掉得特别快。

此外,还有水的因素。这里的水是轻水,也就是普通水。

轻水的作用有点复杂。

理论来说,一方面它和石墨一样都是中子慢化剂。水由氢氧元素构成,中子经过轻水时,与氢核不断撞击,从而减速,就像跑步时撞了人一样,中子减速后容易被铀核捕获,提高裂变反应发生概率。

另一方面,轻水也是冷却剂,它吸收中子,氢捕获中子之后成为氘(dāo),(原来的轻水就变重了,我们称之为“重水”),从而减少了中子,也就降低了反应烈度。

也就是说,轻水是个双子座,又正又反。

同时,轻水的作用受气泡影响。水加热后产生气泡,气泡是轻水中的法外之地,既不慢化中子,也不吸收中子。在轻水反应堆中,轻水兼做慢化剂和冷却剂,气泡增加时,两种作用都会减弱,气泡减少时,两种作用都会加强,两相平衡,有利于维持反应稳定。但轻水反应堆有个大问题,因为轻水大量吸收中子,要提高反应效率,对浓缩铀丰度的要求就比较高了,而浓缩铀,那是很贵滴。

相比之下,在石墨反应堆(比如切尔诺贝利)中,水不再饰演双面角色,由石墨做中子慢化剂(包裹着燃料棒),水只做冷却剂。在这种情况下,水中气泡增加时,吸收中子能力就会变差,加剧反应发生;水中气泡减少时,吸收中子能力就会变强,阻碍反应发生。

这种反馈,我们称之为正的“空泡系数”。只要记住个结论就行了,对切尔诺贝利核电站的反应堆而言,水中的气泡与反应烈度正相关:空泡越多,反应越剧烈;空泡越少,反应越迟缓。

那现在什么情况?反应堆在低功率运行,温度低,水中气泡当然就少,液态水吸收中子能力很强,阻碍反应发生。

前有氙,后有轻水,反应堆功率不掉都难。

当此之时,有两种解决方案:

一是直接停堆,等待氙自行衰变,氙的半衰期是9.2小时,衰变完了就不吃中子了。届时重新开机,再行试验。按照操作手册,这个应该是正确做法。

二是减少控制棒插入数量和深度,提高功率,释放更多中子,中和氙,把反应功率拉回兆瓦,继续测试。

副总工程师迪亚特洛夫选择了后者。

04一键升天

因为违反规程,他要求关掉自动控制系统,由值班人员手动操作。

操作员托普图诺夫手动操作拔出控制棒,反应堆功率略有回升。但是,如前所述,低功率之下,氙毒化还在继续,液态水也在吸收中子。为了恢复功率,让测试顺利进行,托普图诺夫抽出了更多控制棒,根控制棒一一升起,最后堆芯只剩下了18根。

在自动控制条件下,这是不会出现的状况,因为操作规程要求,堆芯内控制棒不能少于28根。

同时,他关掉了两个水泵(一共有六个),由此减少了冷却水的替换速度,也就是说,让气泡可以在堆芯大量集聚,促进反应发生。

好一番折腾,功率终于拉到了兆瓦,虽然还是没到计划功率兆瓦,但就凑合做吧。

4月26日凌晨1:23:04,安全测试正式开始。断电之后,涡轮机堕走,凭借惯性旋转发电,带动水泵抽水。不久之后,涡轮机势头用尽,水泵逐渐没电了,输水越来越少。

这个时候,之前的操作开始起作用了。控制棒大多都拔出去了,中子大量释放,中和掉了氙,反应堆已经解毒,链式反应轰轰烈烈展开。新来的液态水越来越少,堆芯中的气泡水顶不出去,不断加热滚沸,空泡越来越多,减少了水对中子的吸收作用,反应烈度急剧增加,而反应烈度增加的结果是,温度进一步上升,水中气泡更多,强化反应过程,整个体系进入了正反馈循环。

于是,功率蹭地一下子就飞上去了,仪表盘数字激增。

以上动作发生于36秒之内。

4月26日凌晨1:23:40,值班主任阿基莫夫意识到不妥,赶忙按下AZ-5按钮,紧急停机,把所有控制棒插回堆芯。

在场众人谁都没想到,这一键开启了地狱级自毁模式。

控制棒长7米,下落速度是0.4m/s,完全落下需要18秒左右。生活中,18秒时间不长,在反应堆内,18秒可能改变一切。

更要命的是,控制棒的底端是一节石墨。控制棒插入堆芯时,最先进入的不是阻止反应的碳化硼,而是加剧反应的石墨。不仅如此,7米长的控制棒,有4.5米都是石墨。

为什么核电站这么设计?

自动控制情况下,控制棒不会完全拔出堆芯,而是处于半插入状态,石墨部分仍然留在堆芯内,起到强化反应的作用。需要控制反应烈度时,只调整剩余部分的插入深度即可。

而当夜,在迪亚特洛夫指示下,4号机组切换了手动操作,没经验的操作员托普图诺夫把控制棒完全拔出去了。

于是,当汽车冲到了悬崖边,司机猛踩刹车时,他以为自己踩的是刹车,实则是是狠狠地踩了一脚油门。

当真是一键升天。

不过,如果能挺过那几秒,等碳化硼部分插入,依旧有可能结束失控的链式反应。

但是,高温已经扭曲了控制棒通道。就好比,往塑料瓶子里倒滚沸的开水,瓶子被烫到变形。通道弯扭,但控制棒是直的,当然插不进去了,卡在了三分之一处,而卡进去的部分刚好都是石墨。

想踩刹车的时候,不仅发现刹车踩不下去,油门还抬不起来了。

到此为止,悲剧元素已经拉满。

炼狱般的温度熔化了燃料棒,堆芯融毁,水全部汽化。反应堆就像一台巨大的失控高压锅,处在暴走边缘。

反应堆功率蹿到了兆瓦,额定功率的十倍。

输水的压力管道是锆(gào)合金制成,高温之下,水蒸气与锆反应,生成氢气,迅速弥漫。

这一切都发生在七秒之内。

05爆炸

4月26日凌晨1:23:47,蒸汽压力剧增,终于撑到了极限,向上掀爆,瞬间炸开了重达0吨的反应堆顶盖。空气中的氧气乘虚而入,与氢气接触,发生二次爆炸,彻底炸翻了堆芯。

吨核燃料及反应物暴露空中,其中6吨喷上半空。石墨乱飞,火花四溅,厂区30处起火。

浓烟滚滚,翻上千米高空。辐射粒子流所到之处,氮分子、氧分子能量陡然上升,被推至激发态,而后又从激发态回归,释放蓝色辉光。

于是,一道幽蓝色光柱直冲天际。

绚丽而梦幻的蓝光,宣告了切尔诺贝利灾难的降临。

切尔诺贝利核事故的后续故事如疏散、救灾等情放到下篇详说,可以拿来和日本福岛核事故好好做个对比。很多人应该都看过美国HBO电视剧《切尔诺贝利》,某瓣评分极高,事实上,它七分真三分假,下篇我会展开讲讲这部剧到底怎么篡改历史的。

此外,切尔诺贝利之旅刚刚开始,离开核电厂遗址之后,我们会继续前往被遗弃的城市普里皮亚季,下篇详述。

未完待续。如果觉得这篇文章还可以,就分享一下或者点个

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