切爾諾貝利事故技術(shù)原因分析

切爾諾貝利事故技術(shù)緣由分析TechnicalCauseAnalysis◎傅先剛一、前言1986426123爾諾貝利〔Chernobyl〕核事故，事故起源于一項按打算進(jìn)展的試驗(yàn)，試驗(yàn)的目〔ECCS〕的第三切爾諾貝利事故發(fā)生在上個世紀(jì)八十年月中后期，因受到前蘇聯(lián)國家原IAEA操作指令和規(guī)程所造成的，即由于運(yùn)行人員的違章操作使反響堆進(jìn)入不行控狀災(zāi)難性事故的發(fā)生。進(jìn)入九十年月后，隨著核電領(lǐng)域國際間相互溝通的日益加深，對切爾諾1991于1992年出版了INSAG-7報告《切爾諾貝利事故：INSAG-1更資料》，這是至今為止較具有權(quán)威性的關(guān)于切爾諾貝利事故的文獻(xiàn)。本文主要依據(jù)INSAG-7及其附件報告供給的原始材料對切爾諾貝利事故INSAG-7點(diǎn)。二、事故緣由技術(shù)分析1、RBMK切爾諾貝利核電站所承受的RBMK-1000型反響堆是前蘇聯(lián)在上個世紀(jì)七作燃料，以石墨作慢化劑，以輕水作冷卻劑，反響堆額定輸出熱功率為3200MW。以從以下幾個方面分析：反響堆物理特性上的缺陷———正空泡反響性效應(yīng)石墨保證了中子的充分慢化，因此反響堆壓力管內(nèi)的冷卻水對中子的吸取的上升，使其密度降低，空泡增多，則可能因?qū)χ凶拥奈∠鳒p而增大反響性，正空泡系數(shù)在充分慢化時可能具有正功率反響性系數(shù)。正空泡系數(shù)可高達(dá)5βeff〔βeff時間延遲之后放射出來的中子〕。RBMK加吸取體〔可燃毒物〕平衡過剩反響性。RBMK體，固定在燃料通道內(nèi)，與把握保護(hù)系統(tǒng)分開。這樣一來，反響堆壽期初的空但是，燃耗加深使空泡系數(shù)明顯變正，而且對把握棒的插入極其敏感：運(yùn)行中，插入堆內(nèi)的把握棒越少，空泡系數(shù)越正。反響堆從初始裝載工況，過渡工況，到1。1額定功率時的各種反響性系數(shù)初始裝載過渡工況平衡換料工況05 9203020 2025-3003.2 5.26-1.0-1.0 -1.15-1.2-5.10.42 4.9-10.15 1.52(+0.3β) (+3.5β2.0) (+6β)平均燃耗〔103MWd/t〕平均燃耗〔103MWd/t〕〔ORM〕石墨溫度系數(shù)〔10-5·℃-1〕燃料溫度系數(shù)〔10-5·℃-1〕水的溫度系數(shù)〔10-5·℃-1〕空泡系數(shù)〔10-2〕effeffeff-0.5快功率系數(shù)〔10-6/MW〕〔-1.5×10-4β/MW〕eff數(shù)變化大、影響很大。電站負(fù)荷下降導(dǎo)致的反響堆功率下降，其低功率下的空泡系數(shù)取決于堆等。10.3x103MWd/t，連續(xù)降低功率時發(fā)生200MW有相當(dāng)于6-82?？梢?，在此低功率水平下，產(chǎn)生空泡的始因〔如管內(nèi)水失壓，入口欠冷及泵汽蝕〕均可引起堆功率陡增。2不同功率時的空泡反響性系數(shù)啟動物理試驗(yàn)測量切爾諾貝利核事故發(fā)生時功率水平〔%〕456.25平均燃耗〔103MWd/t〕3.510.3運(yùn)行反響性余量〔ORM〕6-86-8空泡系數(shù)+0.7βeff+5βeff功率時更難推想和把握。發(fā)反響堆緊急停堆。為了補(bǔ)救上述設(shè)計上的缺陷，設(shè)計者承受多種監(jiān)測手段和多種計算機(jī)程RBMK堆運(yùn)行規(guī)程中明確規(guī)定：“反響堆的運(yùn)行反響性裕量在運(yùn)行中不得低于相當(dāng)于3015隨著冷卻劑汽化，反響性會增大，最大為+2βeff，當(dāng)空泡增加到某一程度，反響工況，隨著空泡增加，反響性持續(xù)增大，反響性增大最大為+5βeff，反響性持續(xù)增加并最終進(jìn)展成了瞬發(fā)超臨界爆炸，詳見圖一。把握棒設(shè)計上的缺陷———正剎車效應(yīng)4211199200mm18把握棒下端是石墨棒〔石墨是慢化劑〕，當(dāng)把握棒提到上限時，石墨棒1.2m而不是下降，此即正剎車效應(yīng)，即由把握棒設(shè)計缺陷所致。正如INSAG-7指出，切爾諾貝利事故中，導(dǎo)致反響堆功率急劇上升的緣由設(shè)計造成的，這種問題在1983年的立陶宛伊格納林納〔Ignalina)核電站大事中補(bǔ)償措施，更沒有向其他運(yùn)行單位傳播有關(guān)的信息。防護(hù)措施設(shè)計缺陷———反響堆沒有安全殼12×10182、事故發(fā)生前的反響堆特別工況的運(yùn)行工況，這要從反響堆熱工水力和物理兩方面來分析。反響堆熱工水力條件正常運(yùn)行狀況，每臺主循環(huán)泵的流量是8000m3/h，反響堆堆芯進(jìn)、出口270℃284℃，7MPa，給水泵給每臺汽鼓供水量為168℃。汽鼓中分別出的飽和水與分散水混合下降，主冷卻劑泵、堆芯入口水溫就上升，欠飽和度就降低。56000m3/h，1.2200m3/h，導(dǎo)致：上部堆芯含汽率降低，達(dá)最低水平；反響堆入口冷卻劑欠熱度很低、接近飽和狀態(tài)〔過冷度僅3℃〕，甚至已經(jīng)沸騰。RBMK破壞性事故。堆芯物理工況700－1000MW內(nèi)完成。1:00，反響堆開頭降功率；4:00，反響堆熱功率削減到1500MW；23:00，1500MW〔其中，14:00，應(yīng)基輔電網(wǎng)把握室的要求試驗(yàn)被延遲〕。由于反響堆在半功率下運(yùn)行了19小時，氙毒已渡過碘的反響堆功率分布。00:05720MW，連續(xù)00:28，500MW30MW，氙毒快速增加。為了完成試驗(yàn)，必需盡快補(bǔ)償氙毒，操縱員提出堆內(nèi)把握棒、減小運(yùn)行反響性余量以提升功率。01:03200MW〔操縱員已無法進(jìn)一步堆在低功率下，堆芯更能得到冷卻，更不易過熱，更安全。的反響堆功率分布。12230〔ORM〕8〔事〕，堆芯呈雙峰軸向功率分布，其最大值處于堆芯上部。事故后計算工水力條件又促使堆芯下部含汽率會比上部更快速增加。此外，由于反響堆體積巨大〔高7米，直徑12米〕，氙-135更易引起把握反響堆的閱歷。18三、事故技術(shù)緣由說明1、爆炸是如何形成的事故是以下幾種重要因素同時存在的結(jié)果：正空泡反響性系數(shù)及正反響沒有任何獨(dú)立安全機(jī)構(gòu)曾分析爭論過的狀態(tài)〔C〕。三因素造成：A〔由于抽出過多把握棒，正空泡系數(shù)太大所致〕＋B棒插入石墨擠水棒下移產(chǎn)生正反響性＋C試驗(yàn)工況熱工水力條件：通過反響堆的冷卻劑流量遠(yuǎn)高于額定值，致使上部堆芯含汽率降低，堆芯入口冷卻劑欠熱度很低甚至已經(jīng)接近沸點(diǎn)。500MW30MW；700MW軸向功率分布偏正加劇。同時，由于堆芯巨大，易產(chǎn)生氙振蕩，導(dǎo)致中部氙毒增加。故產(chǎn)生雙峰軸向功率分布。當(dāng)操縱員切斷了汽輪機(jī)進(jìn)汽使之惰轉(zhuǎn)開頭試驗(yàn)時，蒸汽流量的減小使壓84EPS-5進(jìn)一步引入正反響性，堆芯下部功率驟增。利事故的發(fā)生是注定的。2、功率暴走、堆芯爆炸解釋當(dāng)堆芯為正雙峰軸向功率分布，即裂變反響集中到堆芯上下兩端時為1200mm這時，堆芯下部擠水棒下移引入正反響性顯著，即正剎車效應(yīng)最大，詳見圖五。的空泡增加，導(dǎo)致局部正反響性增加〔INSAG-7〕?！?601:23:40EPS-5棒設(shè)計造成的〔INSAG-7〕。T0〔01:23:40〕：堆芯為正雙峰軸向功率分布。秒＜T＜1秒＜T＜2秒＜T＜6正空泡反響性效應(yīng)致使功率突增。簡言之，功率暴走是由下述三因素共同作用所致：堆芯下部存在擠水棒下移引入正反響性，即石墨棒的正剎車效應(yīng)。猛烈的正空泡反響性效應(yīng)。堆芯為正雙峰軸向功率分布，且堆芯上下部功率存在“搖桿”效應(yīng)。度太慢，把握棒遠(yuǎn)離活性區(qū)和猛烈的正空泡反響性效應(yīng)所引起。性裕量過低和堆芯軸向功率分布奇異性所強(qiáng)化。而第三因素由大尺寸堆芯，氙毒歷史易形成正雙峰軸向功率分布；把握自然、正常反響。四、完畢語1、切爾諾貝利核電站設(shè)計上的兩大嚴(yán)峻缺陷是導(dǎo)致這次事故的根本原因：☆過大