1986年4月26日凌晨1时23分,苏联乌克兰切尔诺贝利核电站第4号反应堆发生了一起事故,引起了反应堆堆芯和安装机组的部分厂房的破坏。堆芯中的大量放射性物质由厂房中逸出,进入周围的环境。这次事故中喷射出来的热物质引起了火灾,使形势复杂化,并将更多的放射性物质卷入高空。事故一发生,苏联的应急队便立即采取果断的行动、持续数日,从而有效地减缓了放射性物质的继续泄漏。31个工厂操作人员和应急队队员,为制止放射性物质的泄漏和减轻事故造成的后果而献出了他们的生命。

许多泄漏出来的放射性物质以气体或灰尘微粒的形式被正常的气流带走。这样一来,放射性物质就广泛地散播开来,而大部分仍留在苏联境内。

事故后检查会议

国际原子能机构(IAEA)和苏联同意在维也纳举行一次事故后检查会议。这次会议于1986年8月25 ~ 29日举行。

会上,为首的苏联科学家和核工程师作了一个报告,提供了关于切尔诺贝利核电站的基本技术信息、事故原因的说明、事故发生的先后顺序和它的后果以及所采取的对策。苏联专家们还通报了在事故发生后发起的技术的、医学的和环境的研究计划。这种研究应能提供关于与核能发电相关的危险和离化辐射对人身健康的影响的信息。

苏联专家所作的坦率而公开的介绍,受到与会者的欢迎,共同的感觉是,会议的结果超出所料。在苏联人介绍之后,人们又用书面形式提出了许多问题,反映了要求进一步阐明利用这些信息可能必需的细节的愿望。

国际核安全顾问组(INSAG)报告

国际核安全顾问组应国际原子能机构总裁的要求:“根据提供的信息和这次讨论准备一份会议的总结报告。”他还要求这份报告可“用作他个人的参考,并在国际原子能机构的九月会议召开以前提交给它的负责人会议。”这份报告还应包括国际核安全顾问组对今后行动的建议。

该报告的主体部分来自苏联专家为会议提供的出色的报告[工作文件题名为:苏联国家原子能利用委员会,在切尔诺贝利核电站发生的事故及其后果(为1986年8月25 ~ 29日在维也纳召开的国际原子能机构专家会议编纂的资料),第Ⅰ和Ⅱ部分,1986年8月]和苏联专家在会议期间提供的补充材料(事故后检查会议用的幻灯片,第Ⅰ和Ⅱ部分)。这份材料很难在本执行总结报告中进一步加以浓缩,因此只列出其要点。

国际核安全顾问组的报告,包括在苏联专家和被邀请的专家、国际原子能机构指定的专家、国际原子能机构工作人员以及国际核安全顾问组本身的成员之间举行的工作会议中进行的许多有益的讨论的综合结果。虽然所报告的某些信息,由于在此初期阶段仍有某些细节不明因而还只是初步的,但经过这一过程,已经对问题有了更清楚的了解。

如果说只经过短时间的准备而且还有许多问题尚待研究弄清楚的情况下发表的这份报告在每一个细节上都是准确无误的话,那才是件怪事。因此,国际核安全顾问组只能通过它的最好的判断力对问题作出结论,并提出采取行动的建议。根据所能得到的初步信息而准备的这份报告的主要任务,是提供这些还不成熟的结论和建议。尽管如此,报告仍代表了国际核安全顾问组成员的共同意见。

关于切尔诺贝利核电站的4号机组的描述

切尔诺贝利核电站的4号机组的运行功率为1000兆瓦(有效),3200兆瓦(理论)。它是在苏联运转的15台RBMK型反应堆中的一台。这种类型的反应堆已有4台在切尔诺贝利运转,还有2台正在那里安装之中。RBMK型反应堆通常都是成对安装的,每两台机组占据一个单独的成套建筑物的两侧。3号、4号机组就是用这种方式联在一起,它们还共用某些设备系统。

RBMK反应堆,是一种石墨减压管型的反应堆。它用循环的轻水冷却,在垂直的压力管的上部汽化而产生蒸汽。蒸汽在两个冷却环路中产生,每个环路带有840条燃料通道、2含蒸汽分离器、4台冷却泵及其有关的装置。蒸汽分离器直接向2台500兆瓦(有效)的汽轮发电机提供蒸汽,而每台发电机带有一台冷凝器和供水系统。反应堆由一台专门的机器进行不停堆更换燃料。

冷却环路的主要部分被密封在一系列的安全壳房间中。它们同位于反应堆下面的充水的抑制系统相连接,以俘获和冷凝由于冷却剂的泄漏而可能引起的由安全壳房间中逸出的蒸汽。但反应堆的上部是一明显的例外,尤其是安装在堆芯上方的通道上的更换燃料用端塞。

当燃料辐照平衡时,RBMK型反应堆具有一种正空穴反应性系数。但是,燃料温度系数是负的,而且功率变化的净效应取决于功率水平。在正常运转条件下,净效应(功率系数)在满功率时是负的,而在低于满功率约20%时却变成正的。由于与维持其在正常的运转范围内的热 - 水力参数有关的问题,使反应堆在700兆瓦(理论)以下工作为操作规程所不允。

BBMK反应堆带有211根吸收棒,用来控制总的和空间的功率分布和用作紧急防护。BBMK反应堆的紧急防护是通过插入所有的吸收棒来实现的,最大的移动速度可达0.4米/秒。为了确保所要求的功率分布和在紧急情况下负反应性引入的有效性,在操作规程中规定,在反应堆堆芯中应有不下30根的有效棒处于插入状态。

事故的描述

事故发生于正在一台汽轮发电机上按正常计划停堆时进行的一次试验过程当中。进行这次试验的意图在于检验汽轮发电机在遇到电站停电时,在备用柴油发电机还来不及供应应急电能之前短时供应电能的能力。从安全角度看来,不适当的试验程序和严重地违反基本的操作规程,导致反应堆在非手工控制所能稳定的冷却剂流速和冷却条件下处于低功率[200兆瓦(理论)]运转。从已提及的特殊的设计特点(在低功率水平时的正功率系数)看,当时反应堆正处在一种不安全的范围内运转。与此同时,操作人员故意地而且是违反操作规程地将大多数控制和安全棒由堆芯中抽出,并关闭了某些重要的安全系统。

接着发生的事件导致在反应堆堆芯中产生数量愈来愈多的蒸汽空穴,因而引起了正反应。操作人员发现功率开始愈来愈快地升高,于是作出了手工操作的尝试以阻止链式反应,而可能在早些时候就被试验所触发的自动事故停堆机构已被联动。但是,反应堆迅速停堆的可能性受到限制,因为在此之前几乎所有的控制棒已被完全由堆芯中抽出。

由空穴形成而引起的连续不断的放射性强度的增长,造成一种超速发展的临界功率失控剧增。经苏联专家推算、第一个功率峰在4秒钟内竟达到正常功率的100倍。

因功率骤增而引起的燃料中释放出来的能量,顷刻之间使部分的燃料碎裂成微细的碎片。这种猝发机理已由按安全研究计划进行的试验为人们所熟知。细小的热燃料粒子(可能还有蒸发的燃料)引起了一场蒸汽爆炸。

能量的释放掀掉了1000吨重的反应堆盖板,并引起位于反应堆顶盖两侧的冷却通道的断裂。两、三秒钟后,听到了第二次爆炸声,反应堆的热碎片由被摧毁了的反应堆厂房中喷射出来。至今仍不清楚的是,在这次爆炸中究竟氢气起到了什么样的作用。由于反应堆的损坏使空气得以进入,因而引起了石墨的燃烧。

核电站所在地的初期反应

这次事故使一些热石墨和燃料被喷出落到附近的部分厂房的房顶上。火灾开始了,尤其是在4号机组的大厅中,3号机组的房顶上和安装这两台反应堆的涡轮发电机的机器房的房顶上。来自附近城市普瑞比阿特和切尔诺贝利的消防单位迅速地作出了反应,并英勇地同火灾进行了斗争,一些时候火灾曾威胁着3号机组。

火灾在离它开始发生的3个半小时后,即4月26日凌晨5时终于被扑灭。与此同时,还一直在继续运转的基本上未受损坏的3号机组也停堆了。4月27日清晨,1号和2号机组停止运转。所有的三个机组还保持停止运转状态,由机组管理人员对它们进行管理。

放射性裂变产物以相当可观的量继续由4号机组泄漏出来,直到事故发生约9天后的5月5日为止。

起初,裂变产物的逸出与石墨的燃烧联系在一起,石墨因前者产生的热量而保持在一个高的温度。大量的硼、白云石、砂、泥土和铅被投到反应堆上,以抑制裂变产物的逸出。总量约5000吨的材料被投下,包括2400吨的铅在内。在5月1日后的一段时间内,挥发性的裂变产物实际上增加了,因为被投下的材料使堆芯与外界隔热,于是它便重新发热起来。但是到了5月5日,热损失速率开始超过热增长速率,特别是当阴燃着的石墨熄灭后更是如此。

放射性核素的泄漏

切尔诺贝利核电站的安全壳和堆芯结构的破坏引起放射性由工厂中逸出。据苏联专家估计,100%的惰性气体的放射性核素泄漏出厂外。在余下的浓缩的放射性核素中,泄漏量约达2×1018 Bq(5×107 居里)。这一泄漏量由大约10 ~ 20%的绝、碘和碲的投料量和大约3 ~ 6%的其他放射性核素的投料量组成。

放射性核素由切尔诺贝利核电站泄漏,并非以一种单一的严重事件发生。而是一开始的急剧泄漏同事故中的破坏性事件相伴随。泄漏速率在以后的几天中降低了,这可能是由于所采取的事故处理措施奏效的结果。事故发生的5天之后,泄漏速率约为7×1016 Bq/d(2×1016 居里/天)。当降到这一水平时,泄漏速率开始回升,到事故发生的9天之后约达到3×1017 Bq/d(8×1018居里/天)。尔后,放射性核素的泄漏速率又下降到4×1013 Bq/d(1×103 居里/天)。从此以后泄漏速率不断下降。苏联专家们正在对这种放射性核素泄漏的物理和化学特性作进一步的鉴定。还正在对物质的化学结构和悬浮大气微粒的粒度分布进行测定。随着此项工作的进展,与苏联专家继续保持相互配合将对所有的反应堆安全计划带来益处。

放射性核素通过环境的传播和民众的受照量

此次事件不同于在对核电站发生的假想事件引起的泄漏所作的放射性估算中考虑的那样,放射性物质的泄漏是持续很久的。在这一事件发生的整个时间过程中,泄漏速率和放射性核素的组成都在发生变化,而且气象条件复杂。这些特点造成一种在苏联境内和其他国家地面上的大气沉积的复杂模式。通过环境监测很快就建立了这种沉积模式。沉积的放射性核素,尤其是1-131和铯的同位素进入了大地上的食物链。苏联采取并严格执行了对各类食品消费的禁令,并采取措施对有需要的地方提供未受污染的饮用水。

由环境监测数据获得了对剂量的初步估算,并在有需要的地方辅以预言性的模拟。在稍后阶段,对个人尤其是儿童的甲状腺中的1-131含量进行了直接测量。还对整个人体进行了检测,以确定CS-137的强度。通过这些直接的测量,可以对实际接受到的剂量作更好的估算。

CS-137是主要对苏联境内的集合剂量(即对全体居民的总剂量)和对个人的整个身体的剂量有贡献的放射性核素。在今后50 ~ 70年中,苏联的欧洲部分的全体居民接受到的集合剂量估计约为2×106 人 · 西韦特,而大多数个人在他们的一生中接受到的剂量要比他们由天然本底辐射接受到的少。从短期的观点来看,铟-131对某些个人的甲状腺产生比较高的剂量;但从长远的观点来看,它无论对个人或对整个居民来说均非重要的辐射剂量提供者。

作为有计划的国际工作的一部分,在今后几个月和几年中,这些剂量的估算将得到改善而且扩大到把在其他国家中接受到的剂量包括在内。现有的和还将在苏联境内和其他地方获取的大量监测数据,将对在国际基准上建立起来的环境转移模型的精确化和改进提供一个十分宝贵的基础。

对健康的影响

切尔诺贝利事件对健康所造成的损害可以分成两种类型:早期的非随机损害,后期的随机损害。早期损害只局限于核电站反应堆在遭到破坏时在场的全体工作人员和消防人员。大约有300人进了医院,203人有确凿的放射性综合病的症状,这种症状是由于整个人体接受了大约2到16居里的伽马射线而引起的。除了受到渗透力很强的伽马射线的照射外,许多受到高剂量辐射的人也暴露于贝他射线的照射之下。在某些病例中,贝他射线的照射引起大面积的皮肤灼伤,这是很难治疗的。实际上,29个受害者的死亡正是这个原因造成的。应当采取技术措施以防止发生广泛的皮肤灼伤。同样性质的事件在未来还可能发生。这些人表明,身体内部的辐射在临床上无关紧要,连重要的中子辐射也能排除在外。在核电站周围30公里地区中撤离的13.5万人中,没有发现真正的放射综合症的临床症状。

对于确实有放射性综合症的病人,其治疗大多数基于移植和支持的措施,基于努力防止感染。在遭受一系列剂量影响的人们中,在一定限度内这看上去相当有效。13个病人受到的放射性辐射的剂量特别高,骨髓移植却没有显示出对治疗有什么疗效。在治疗辐射综合病中得到的经验应当广泛地加以利用。它表明,集中指导事故受害者进行医学治疗,这是很有好处的。

稍后发生的对健康的影响是随机的,实际上,这主要是肿瘤和遗传的影响。来自苏联的这方面的材料还是初步的、暂时的。可供利用的材料表明,再过70多年,在135,000名疏散人员中,各种癌症的自然发生率不大可能超过0.6%。从苏联的欧洲部分的大部分地区中留下来的居民的有关数字看,预计不会超过0.15%,很可能更低些,大约在0.03%左右。由于甲状腺肿瘤造成的死亡率的相对增长将达到1%。

由于遗传作用而健康受到损害的病人的数目估计不超过癌症病人的20 ~ 40%。目前,关于30公里范围内的胎儿受到过量的放射性辐射而可能造成的后果还无法确定。在其他国家中,总的辐射剂量的资料正在估算之中,并且,对可能造成的随机的结果的估算将随这些资料可供利用的时间的不同而不同。

紧急措施和清除污染

在核电站发生事故的警报传到莫斯科后,一个专家小组很快被派到出事地点以帮助当地政府和核电站进行紧急处理。一个集中的、拥有各种权力的紧急处理中心成立了,由它来领导有关的组织。

紧急处理中心利用飞机和直升飞机组织进行气象监察和放射性监察。医疗救护队处于紧急待命状态,根据环境污染随着时间的推延而发展的状况,采取了相应的紧急措施,如不让人们出门,服用碘预防药,疏散等。在对人员和奶牛的疏散和重新安置中,在医学监察和社会帮助中,在后勤和运输方面产生了一系列重大问题。在最初两天,出事地点当地的人员和援救人员中大约有300人因辐射受伤和烧伤而必须入院治疗。而从核电站周围30公里地区内疏散的135,000人中没有一个人因辐射损伤而入院治疗。

从紧急处理的情况看,可以得到一个总体的结论,那就是,虽然紧急情况必定是在当地发生的,但是,紧急情况总体的、实际的处理需要得到最迅速的援助,由于事故的规模很大,援助和救援的权力不可能由地方当局承担。不论事故发生地点的当地机构还是国家,都要投入大量的人力、物力,以重新控制局势,减轻对居民和环境造成的后果。

受到严重污染的1,2,3号反应堆必须采取各种办法有效地清障污染;这些办法要让保持核电站安全关闭状态的全体工作人员能够接受。

核电站所在地及其周围地区污染的严重程度是前所未有的。在清除污染过程中会遇到的问题有:大片污染了的土地的安全处理,土层的移去,对工作人员辐射剂量的联合控制,土壤中放射性原子核的固定,寻找消除森林和水体污染的方法等。这方面的经验具有十分重大的意义,迫切需要进行国际交流。

一般观察和结论

(1)在这次会议期间,苏联专家对RBMK型反应器的修改作了特殊的说明。这些修改是指,与改进了的行政程序相结合,使之难以达到某种操作条件。由于某种原因,包括操作程序的严重违反,在快速反应偏离程序时有可能产生这种操作条件。在这里报道的简单的研究不能提供表明由于这些修改已经达到了目的的证据。然而,国际原子能机构十分赞成这个为苏联当局所接受的目标。

(2)—般地说:国际原子能组织得出这样的结论:在切尔诺贝利发生了称之为“核心破坏事故”的事件,这是一系列事件中最主要的事件。现在,对全世界的安全专家来说,有一个从这次悲剧事件中学习、以极大地深化我们对核安全的理解的机会。这次事故几乎是原子能危险中一个最坏的例子。

(3)在核反应堆安全的宗旨中,多重障碍层原则和深层意义上的防护是十分重要的因素。按照这个宗旨,任一部件的失灵至少必须还有2道保护层以防止环境受到从反应堆堆芯释放出来的放射性材料的影响。安全系统设计者的任务就在于,如果发生事故,要确保每道不同的保护层功能的独立。在现代,反应堆深层意义上的保护是指,当核电站的安全面临着严重威胁的时候,反应堆的手工操作完全由自动安全系统所取代。

RBMK反应堆的自动保护系统许多年之前就设计出来了。那时,人们认为,可靠性主要在于人们采取适当的操作方式,而不在于自动安全电路,认为后者是不大可靠的。就如已经指出的那样,作为一种操作经验的总结和作为像三里岛事件那类事故的借鉴,RBMK的设计者已经作出了许多改进安全的措施。然而,仍然把最大的可靠性系之于操作者适当的操作。

在包括三里岛事故的好几个例子中,已经证明,在事故发生后在防止裂变产物的泄漏方面,屏障层概念是十分有效的。特别是,屏障层思想必须通过核发电站设计中内在的安全特性而得到加强。在反应堆设计中,必须通过独立的、各种不同的和可试验的关闭机制在任一个反应堆系统发生严重的破坏之前立即自动地终止导致巨大的能量急速释放的反应。切尔诺贝利核电站中高速的能量释放这个事实表明,堵塞物能在事故发生后危及所有设计来防止裂变物质大规模释放的障碍层。

在切尔诺贝利事故之前,至少发生过三起与反应堆能量偏移有关的事故。它们是NRX,EBR-1和SL-1。科学家已经对快速反应瞬变作了许多精密的实验和广泛的分析。用于这种类型的事故的基本数据是充分的。一般的结论是,这类事故必须防止高速能量释放,这是因为,高速能量释放具有极大的破坏潜力,足以破坏一切自然障碍物及设计来防止裂变物质大规模释放的工程障碍物。就如以前指出的那样,导致快速能量释放的反应瞬变必须通过设计的安全器件立即自动终止。

(5)就如苏联专家所描述的和专家们详细讨论的那样,这次事故是由于一系列明显的人为错误和违反了与特殊的反应堆相配的操作规则而引起的。这些因素复合在一起,扩大了错误产生的影响,导致了反应的偏移。

从这个情况中可以得到一个极其重要的结论,那就是完全把核电站安全的权力和责任交给核电站全体操作人员中的一个年龄较大、地位较高的成员是十分重要的。同样重要的是,必须适当地检查和改变正规的操作程序,并且通过“核安全文化”的创造和保持不断加以补充。这是一个强化的过程,它应当与必要的纪律措施结合起来使用。

(6)就如其他技术过程一样、现代的核电站的自动控制的目的有两个方面:

把操作人员从日常工作中解放出来。

在复杂的控制情况下,给工作人员以帮助。

为了适应核安全的要求,核电站使用着两个主要的控制仪:操作的控制仪和安全的控制仪。后者是用于核电站操作圈之外的场合使用的监视器。安全系统采取的对策在阻碍能量生产到快速关闭反应器之间的范围内变化,利用这些方法,核电站在任何不测事件中都将处于安全状态。然而,核电站的实践经验表明,操作控制与安全的关系,比起原来所预期的要大。人们更信赖正确的操作。其结果,人们倾向于设计更加可靠的操作控制电路(例如,利用多余系统或改进能量供应),倾向于改变或扩大延迟控制。因此,自动电站控制的产生起源于操作经验。

从安全的观点看,帮助操作者是最基本的问题。毫无疑问,自动系统能更加容易、更加可靠地操纵复杂的情况。自动系统的设计者肯定要比真实情况下的操作者有更多的时间考虑各种不同的过程。然而,在自动系统中,重要的是提供向操作者传递信息的方法,向他显示核电站的情况,显示他的操作引起的反应,这将使他能在自动系统失灵的情况用手工方法采取安全的步骤。

(7)就在4月26日清晨0点23分40秒以后的事故发生过程中,当核电站开始快速能量释放的时候,反应堆屏散室里有一系列十分复杂的物理和化学现象。这些现象中,许多现象如燃料裂解,蒸汽爆炸和石墨燃烧,已经作了描述和分析。在切尔诺贝利事件之前,这类破坏性现象的真正经验仅仅局限于很小的规模,因此,严重的事故分析是相当理论性的。既然一次大的严重事故已经发生,在分析详细的结果时,苏联专家和其他国家的专家将能得到极大的好处,这些详细的结果在设计和作出决定时可能有用。

(8)切尔诺贝利核电站事故后的清除过程中,在操作规程、后勤、行政工作方面暴露出了大量的问题。此外,技术问题和医疗问题也是前所未有的。从事故中学到的东西,在组织和协调突然事故的工作中是十分有用的。特别是,在处理具有放射性后果的突然事件的工作中十分有用。

(9)至于在切尔诺贝利核电站进行的恢复工作和污染清除,其范围和规模远远超过了以前在核电站地区进行实验的范围和规模。可以说,与这类工作有关的所有的人们都应研究这个事例,从中学到一点东西。

(10)在一个具有大规模放射性危险的核电站中进行消防,完全是一种新的经验,在这次事故中使用的各种程序、设备、防护衣都应仔细地加以检查。

(11)如遭受的放射剂量在一定的界限内,急性的放射性综合病病人的医学处理是很有效的。由于贝他射线引起的严重皮肤烧伤极大地增加了身体承载的困难,也增加了放射性综合症独立治疗的困难。在29个受害者中,也严重影响着疾病的致命的结果。将来发生同样性质的事故时,应当采取一定的技术措施以防止广泛的皮肤烧伤。在挑选出来的病例中,进行骨髓移植手术并不显示出对治疗有什么帮助。在急性放射病发生时,身体内部的污染是微不足道的。医学团体应当充分地运用这些经验。

(12)对于苏联公众每个成员所接受的放射剂量和对所有居民接受的放射剂量,已经作出了初步的估计。这些估计随着更多的资料的利用而得到修正。事故造成的一切放射性后果将由联合国原子辐射效应委员会和国际原子能机构、世界卫生组织根据从成员国中收集到的资料合作作出估计。对于在核电站周围某些居民群体和工作人员中进行流行病学研究的方法,应当进行国际性的讨论。

① 本文选自《Summary Report on the Post-Accident Review Meeting on the Chernobyl Accident》—书,该书由维也纳国际原子能委员会于1986年出版。标题系译者所加。

② 放射性泄漏量和强度校正到1986年5月6日。所有的泄漏量和泄漏速率有±50%的误差范围。

③ NRX是一种用减速的重水冷却的实验反应堆,它在1952年的一次能量偏移中被严重破坏。EBR-1是一种钠冷却的快速反应堆,它在1952年的一次快速反应偏移中被毁。SL-1是一座实验型轻水反应堆,它在1962年一次能量偏移中被毁。当时,一个操作者拉动一个一个控制杆,把它拉过了头。