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 今日重点推荐《切尔诺贝利的午夜》

 

豆瓣评分:9.0;

 

包揽欧美多家一线媒体年度榜单:《柯克斯书评》年度最佳非虚构,《纽约时报》《时代周刊》年度图书,2020年安德鲁•卡内基奖。

 

作者: [英] 亚当·希金博特姆

 

这本书讲了什么?

 

1.亚当·希金博特姆耗费多年心血,终于完成这部关于切尔诺贝利核电站事故的权威力作。书中充分有力的调查,揭示了这场二十世纪最大灾难之一的真相是如何在政治鼓吹、重重保密和谣言四散的共同作用下被掩盖起来的。

 

2.1986年4月26日凌晨,切尔诺贝利原子能电站的四号反应堆发生爆炸,由此引发了历史上最恶劣的一起核灾难。自那以后的三十年里,切尔诺贝利逐渐成为整个世界挥之不去的噩梦:阴魂不散的辐射中毒的恐怖威胁,一种危险技术脱缰失控的巨大风险,生态系统的脆弱,以及对其国民和整个世界造成的伤害。然而,这场事故的真相,却从一开始便被掩盖起来,长久以来一直众说纷纭。

3.在莫斯科、基辅和明斯克,以及遍布前苏联境内的城镇村庄,对于那些亲历了发生在1986年4月的一系列事件的幸存者们,生活仍在继续,尽管他们的年岁渐长、健康状况日益恶化。

 

4.十多年中,亚当·希金博特姆进行了数百小时的采访,以此为依托,辅之以往来书信、未发表的回忆录和新近解密的档案文件,他将那些灾难亲历者所目睹的一切,化成客观、冷静而又发人深省的叙述。由此得到的,是一本惊心动魄的非虚构杰作,一个比苏联传奇更复杂、更人性,也更恐怖的故事。

 

5.在一个狂妄自大和注定要失败的故事中,捕捉到科学与人性;这里没有无名英雄,每个人都有自己的脸孔:这些人早已经被他们的国家和同胞所遗忘,其中,有苏联的各色高官,有“吹哨”人,有救援英雄,有医疗人员,有事故清理者,也有日后站在审判席上的人。

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1966年9月26日,莫斯科的苏联部长会议(the Soviet Council of Ministers)签署命令,批准建造第一台新一代巨型水-石墨核反应堆,后来被以RBMK指代,全称是压力管式石墨慢化沸水反应堆,或高功率通道型反应堆(high-power channel-type reactor)。它由中型机械制造部的军用产钚发电两用反应堆“伊万2号”发展而来,是试验性的和平原子1号反应堆的直系后代,只不过规模放大了好几个量级而已。

直径12米、高7米的RBMK反应堆堆芯,是一个比两层楼还高大的巨型圆柱体。构成它的,是由1700余吨起慢化作用的石墨砌块堆成的2488根彼此独立的柱子,每根柱子内部都有一个上下贯通的圆形通道。装在这些通道中的,是1600多根耐热锆合金压力管,每根压力管中都装着一对金属组件,其中封装着燃料棒:190吨浓缩二氧化铀,被分别压缩进每个直径只有男性尾指大小的陶瓷芯块中。一旦反应堆进入临界状态,铀开始升温变热,释放出核裂变的能量,燃料组件便会被从下方泵入堆芯的水所冷却。在巨大的压力下——69个大气压,或1000磅/平方英寸——水会迅速升温到280摄氏度,转化为水和超高温水蒸气的混合物,然后从反应堆上部通过管道输送至巨型汽水分离汽锅。它们会将蒸汽输送至涡轮发电机发电,而剩下的水则回到冷却循环的起点,再一次流经堆芯。

反应堆的功率由211根注入碳化硼的控制棒来调控。这些控制棒大多数长约5米,可以被升高或插入反应堆堆芯,增加或降低核链式反应的速率,从而控制反应堆产生的热量和能量。为了保护电厂和员工不受辐射危害,反应堆的堆芯——“活性区域”——被一个巨大的环形水罐包围起来,外面又包有一层钢制外壳并以盛满了沙子的巨箱围住。所有这些,进一步被封装于深达8层楼的混凝土坑穴中,以排成王冠形状的填充了铁粒和蛇纹岩(一种能令中子减速的矿物质)的金属箱覆于其上。此外,还有一个直径17米、厚3米的生物屏障,这个被称为E结构或昵称“叶连娜”(Elena)的不锈钢鼓形结构,像一个巨大的盖子,牢牢地盖在坑穴上面。装满了鹅卵石、蛇纹岩和氮气的叶连娜,重约2000吨,相当于6架满载的大型客机,几乎完全靠重力作用保持在原位。从叶连娜体内穿过的,是作为燃料通道的管道,而在它的上面,则覆盖着上百根窄窄的管子,蒸汽和水从中流走。加盖在立式燃料通道之上的2000块可移动的钢包混凝土砌块,不仅藏住了叶连娜,也充当了反应堆大厅的地面。这个形如棋盘的金属圆圈,是昼夜运转不息的反应堆露在外面的脸,电厂的员工把它叫作“猪鼻子”(pyatachok)——5戈比硬币的昵称。61


RBMK反应堆是苏联式好大喜功的一个胜利,宣示着它的缔造者对于规模经济的不懈追求:它的体量是西方反应堆的20倍,可以制造出3200兆瓦的热能,或者说1000兆瓦的电量,足以让半数基辅居民家中灯火长明。苏联科学家宣称,它是苏联的“国家”反应堆,不仅使用独特的技术,而且也是全世界最大的反应堆。库尔恰托夫原子能研究所的光头所长亚历山德罗夫把RBMK反应堆的设计归功于自己名下,并向苏联专利局提交了保密发明的申请。在苏联,RBMK反应堆的主要竞争对手,是简称为VVER、工程复杂度较高的水-水反应堆,因为它和美国人偏爱的压水反应堆十分相似,所以会被唱衰者贬称为“美式反应堆”。与VVER不同,RBMK反应堆的部件可以在现有工厂中制造,不需要任何专门工具。它的模块化建造方式——由数百个石墨砌块砌成石墨柱——也意味着可以轻而易举地在现场完成组装,并在必要时扩大规模增加功率。62

年过八旬的库尔恰托夫研究所所长、苏联科学院院长阿纳托利·亚历山德罗夫正在做讲座,照片中是他帮助设计发明的核动力破冰船。亚历山德罗夫力主在苏联大力发展核电,并且将RBMK反应堆的发明归于自己名下

通过免去安全壳建筑(containment building),亚历山德罗夫还省了不少钱。在西方几乎每一座反应堆四周,都会用厚厚的混凝土筑起一个半圆球体的安全壳,用于防范严重事故时放射性污染逸出电厂。但因为RBMK的体量十分庞大,建造安全壳的费用将会加倍。作为成本较低的解决方案,反应堆被分成了1600个压力管,在各自薄薄的金属外壳中容纳一对燃料组件。这一方案的发明者宣称,这是一种可以和拜占庭文明的排水管道系统相媲美的技术胜利,让发生严重事故的可能性变得微乎其微。他们还设计了一个事故抑制系统,可以在一到两根压力管同时破裂的情形下安全应对局势,让释放出的高压放射性蒸汽,通过一系列阀门,安全地排放到地下室中的巨型水箱中冷却,并安全地封阻起来。

压力管破裂是设计师们预想中RBMK反应堆有可能遇到的最严重的事故之一,也即所谓的最大设计基准事故(maximum design-basis accident)。这类事故还包括其他一些可能发生的灾难,比如地震和飞机撞上电厂,或是反应堆冷却回路中的大口径水管之一完全破裂,从而令堆芯供水中断,触发堆芯熔毁。为了防止最后一种情形出现,设计师们设计了一个由压缩氮气供能的紧急冷却系统,而核电工业从上到下每一级的每一个反应堆操作员,都要反复演练,以确保不惜任何代价保证堆芯持续供水。

当然,更糟糕的事故在理论上也可能会发生:工程计算表明,如果1600个压力管中超过2根,哪怕只是3到4根压力管同时破裂的话,瞬间释放出的高压蒸汽就可能将2000吨的叶连娜和“猪鼻子”掀离原位,切断剩下的每一根蒸汽管和压力管,导致一场破坏力惊人的爆炸。然而,设计师们觉得没有必要为这种情况做出准备,在他们看来,那完全是在可能范围以外的事。不过,他们还是为这种情况起了个名字,超设计基准事故(beyond design-basis accident)。63

中型机械制造部下令,由列宁格勒一家同时也制造坦克和拖拉机的重型机械制造厂,起草RBMK反应堆的第一份草图。但收到项目蓝图后,中型机械制造部却以技术不过关为由拒绝了它们。一位库尔恰托夫研究所的科学家警告说,这个设计太危险了,不能用于民用。另一位科学家则意识到,正空泡效应的风险会令新的反应堆本质上极易爆炸,尽管他的上级试图因为他的不同看法而将其赶出研究所,但他仍然到处写信反映问题。这些信件最后均送到了共产党中央委员会和苏联部长会议那里。

然而那时,仍坚持认为中央计划经济不可动摇的苏联政府,已经下令开始建造4座新型大规模反应堆。于是,能源技术科学研究与设计院(NIKIET)的设计师仓促之下只好全面修订RBMK的图纸,将它从一个战争狂人式的既可产钚又能发电的两用反应堆,改为性格温驯的为民用电网发电的反应堆。将这些修改一一化为现实是一项艰巨复杂的工作,所需时间远远超出预期——还处于原始状态的苏联计算机技术,令估算反应堆预期表现的工作耗费了大量人力,而得到的结果也相当不可靠。直到1968年,如今被命名为RBMK-1000的新反应堆设计才最终完成。因此,为了节约时间,中型机械制造部决定彻底略过原型阶段:想要知道新的反应堆在工业发电中的表现如何,最快捷的办法就是让它们直接投入大规模生产。

1970年,在列宁格勒郊外,中型机械制造部位于芬兰湾(Gulf of Finland)的一处设施之上,全苏联第一座RBMK反应堆开始动工兴建。与此同时,基辅的两家技术和经济研究所也开始为乌克兰境内的第一座核电站选址,并迅速将范围缩小到了两个地方。提议的第一个站址后来被用于建造化石燃料电厂,乌克兰部长会议随即下令,乌克兰共和国全新的2000兆瓦原子能电站,将在另一处建造:基辅地区科帕奇(Kopachi)村旁边的一大片沙堤,离切尔诺贝利镇只有14公里。64

切尔诺贝利核电厂三号机组主厂房,图中展示的是反应堆的1600个燃料通道上盖被移除时的状态。三号机组和四号机组所使用的RBMK-1000型号反应堆是同时建造的,几乎完全相同

列宁格勒电站的第一个RBMK机组于1973年12月21日正式启动,正好赶在全苏联“电力人”欢庆属于他们自己的全国性节日“电力工程师日”的前一天。两位自豪的RBMK-1000之父,库尔恰托夫研究所的亚历山德罗夫和能源技术科学研究与设计院的尼古拉·罗列扎利,都在现场目睹着机组开始运转。这时候,列宁格勒的第二个RBMK机组也在建造过程中,切尔诺贝利和库尔斯克的建筑工人们也已经开始为建造RBMK核电站破土动工。但第一座列宁格勒反应堆还未开足马力之前,一个事实便已经变得很明显:RBMK设计师们将项目迅速上马、投入全面生产的决心,伴随着巨大的代价。严重的设计缺陷从一开始便困扰着RBMK反应堆。许多问题迅速浮现,而另一些问题过了许久才暴露出来。

第一个问题源自正空泡效应。这个缺陷令苏联的石墨-水反应堆极易在冷却剂流失的情况下发生链式反应失控,而在RBMK反应堆中,降低反应堆运行成本的那些举措,令问题进一步恶化。为了让RBMK反应堆同化石燃料电站相比更有竞争力,它被刻意设计为令铀燃料燃烧产生的电力输出最大化。在列宁格勒一号机组启动后,设计师们发现,当更多的燃料参与燃烧时,正空泡效应会恶化,而运行的时间越长,反应堆就越难以控制。在3年的运行周期即将结束、需要停堆进行预防性的机组维护之时,RBMK反应堆将处于最不可预测的状态下。设计师们做了修正,但这种不稳定性依然存在。然而,亚历山德罗夫和多列扎利都不打算对这些问题刨根问底,甚至并不完全理解这些问题,因此,在反应堆的操作手册中,并没有提供任何与空泡效应有关的安全分析。在列宁格勒进行的试验,结果已经很明显:理论上预计的反应堆运行表现,与实际中的情况有很大差异。但设计师们决定不过分追究这些结果。即便在投入全面商业运转后,依然没有人知道,在发生大型事故时,RBMK反应堆会如何反应。65

反应堆的第二个弱点,源自它的庞大体量。RBMK反应堆是如此庞大,以至于堆芯某个区域的反应性经常与另一个区域的反应性仅有松散的联系。操作人员在控制反应堆时,不得不视其为几个合在一起的单独反应堆,而不是一个整体。一位专家将它比作一栋巨大的公寓楼,某一家或许正在热热闹闹地欢庆婚礼,隔壁那家却在为葬礼守夜。孤立的反应性热点可能会深藏在堆芯底部,很难被察觉。这个问题在反应堆启动和停堆期间尤为显著,当反应堆以低功率运行时,检测堆芯内部反应性的系统会变得不那么可靠。在这些关键时期,那些在控制室值守的工程师几乎对发生在活性区域中的事情一无所知。他们不得不凭借着“经验和直觉”估测堆芯的活跃程度,而无法依赖设备上的显示数字。这使得启动和停堆成为RBMK操作中最考验能力也最危险重重的阶段。

第三个缺陷,存在于作为预防事故的最后一道防线的反应堆紧急保护系统之中。如果操作人员遇到需要紧急停堆的状况,比如重大冷却剂泄露事故或反应堆失控,他们可以按下“紧急停堆”按钮,激活该机组俄文缩写为AZ-5的五级快速降功率系统的最终阶段。按下这个按钮,会将专门的一组24根吸收中子的碳化硼控制棒,以及当时处于抽出状态的余下187根手动或自动控制的控制棒,全部同时插入反应堆堆芯,全面终止整个反应堆的所有链式反应。然而,按照设计,这个AZ-5应急机制并不是要让反应堆骤然紧急停堆。多列扎利和能源技术科学研究与设计院的技术人员认为,突然切断反应堆产生的电力,对于苏联电网的运行具有破坏性。此外,他们也认为,只有在对电厂的外部供电完全中断这种极其不可能发生的情况下,此种即时停堆才有必要。因此,他们设计了只会缓慢将反应堆功率降至零的AZ-5系统。为这个系统提供动力的,并非专门的紧急发动机,而是与手动控制的反应堆控制棒共享同一套电动伺服系统。在反应堆正常运作期间,操作人员使用这些手动控制的控制棒调整反应堆的功率。要将这些AZ-5控制棒从反应堆上方完全抽出的位置彻底插入堆芯,需要18—21秒的时间。设计师们希望,控制棒缓慢的插入速度可以通过其庞大数量予以弥补。但在中子物理中,18秒是一段相当长的时间,而在一个处于高度正空泡效应下的核反应堆里,这几乎相当于永恒。66

除了这一连串令人不安的重大设计缺陷,反应堆的建造也受到了苏联工业蔓延成风的偷工减料和粗制滥造的负面影响。列宁格勒一号反应堆的燃料组件卡在了燃料通道中,不得不送回莫斯科反复测试,反应堆的全面启动因此推迟了将近一年。在其他的RBMK反应堆中,本应用于调节1600余个充铀燃料通道的关键供水的阀门和流量计,被证明极其不可靠,控制室中的操作人员经常完全不知道反应堆到底被冷却到了何种程度,或者究竟有没有冷却。事故几乎是不可避免的。

1975年11月30日夜里,就在列宁格勒核电厂一号机组投入全面运行一年,定期维护后重新运行发电入网时,它开始失去控制。AZ-5紧急保护系统启动了停堆,但在链式反应停下来之前,便已发生了堆芯部分熔毁,32个燃料组件全部或部分受损,辐射物质释放到了芬兰湾上空的大气中。这是与RBMK反应堆有关的第一起重大事故,为此中型机械制造部成立了一个委员会,调查到底哪里出了问题。其后,官方统一口径宣称,是一个制造缺陷导致某个燃料通道受损。但委员会了解的真相却完全不同:这起事故是反应堆固有设计缺陷的结果,罪魁祸首正是蒸汽空泡效应不受控制的急速增加。

中型机械制造部把委员会的调查结果压了下来,并掩盖了事故真相。其他RBMK核电厂的操作人员,从来没有被告知过这起事故的真实原因。然而,委员会还是给所有的RBMK-1000反应堆提出了一些重要改进建议:研发新的安全管理机制,在冷却剂流失时对其提供保护;对堆芯蒸汽急速增加时的事态发展进行分析;设计一个反应速度更快的紧急保护系统。尽管这从表面上看起来郑重其事,但反应堆的设计师们却没有对任何一个改进建议做出实际回应,而随后,莫斯科还下令建造更多的反应堆——就在列宁格勒堆芯熔毁事件发生第二天,苏联部长会议最终批准在切尔诺贝利建造第二对RBMK-1000机组,并将这座核电站的预计发电能力增加到惊人的4000兆瓦。67

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