切尔诺贝利地下依然暗藏危机?形似象脚的熔毁炉芯,为何会复燃?

2021-09-16 02:54    来源:人民资讯

这不是一张合成的图片,也不是电影特效,而是切尔诺贝利核电站爆炸后记录到的真实图片。这个酷似“象脚”的东西,就是炉芯熔毁后聚集在最下层管道的物质,虽然已经冷却了几十年,但至今依然对人有致命的威胁。

据这张照片的拍摄者说,“象脚”所在空间的温度明显高于其他地方,冷却了几十年的“象脚”又复燃了吗?

“发光的象脚”

“象脚”有多危险,为何会复燃,复燃后会怎么样?既然这么危险,为什么不将它移除呢?

“象脚”是怎么来的?

1986年4月26日,位于乌克兰普里皮亚季镇附近的切尔诺贝利核电站发生了灾难性的事故。因操作不当,4号反应堆的功率在短时间内激增至最大设计负荷的10倍左右,导致蒸汽爆炸。爆炸瞬间撕裂了反应堆的顶部,堆芯直接冲出了核电站,暴露在大气中,释放出铯-137和锶-90等大量放射性微粒和气态残骸。

切尔诺贝利核电站爆炸瞬间

爆炸后,反应堆中上千度的高温熔化了堆芯燃料,95%的堆芯被高温燃烧后,像“强酸”一样腐蚀了地面、管道,并且不断向下层蔓延,最终在最下层的217号走廊的管道中凝结,形成了这只“象脚”。

“象脚”有多危险?

爆炸时,汽轮机房屋顶的辐照强度达到2万伦琴,被炸开的反应堆内部辐照强度高达3万伦琴,凝结在下方的“象脚”的辐照强度也达到了8000伦琴。

伦琴是德国物理学家威廉·伦琴提出的一个放射性物质产生的辐照量的单位。上万伦琴的辐照量是什么概念呢?伦琴测量仪的峰值仅为3.6,一旦超过这个数值,就会对人体产生危害。一个地方的辐照强度达到1万伦琴以上,人待在这里3分钟就会死亡,1.5万的伦琴辐照量,仅需2分钟就可杀人于无形。8000伦琴的辐照强度,人也会在4分钟内死亡。即便你只是到这里站了几秒钟,也会对身体造成不可逆的伤害。

辐射量对人体的危害

所以这个“象脚”,就是一坨巨大的放射源。它的主要成分是二氧化硅、还有微量的铀、钛、锆、镁和石墨。虽然含铀粒子分布不均匀,但质量的放射性却是均匀分布的。

拍摄这张照片的人阿图尔·科涅夫(Artur·Korneyev)在退休前接受了《纽约时报》的采访。1996年,他是检测“象脚”的项目主副主任,他一个人进入这个房间后,用自动相机和手电筒拍下了这张他与“象脚”的合照。照片中展现出来了幽灵闪光是因为他使用了长曝光来拍摄。

“象脚”

科涅夫检测象脚时,它已经冷却了10年,辐照量也没有这么高了,但还是对科涅夫的身体造成了一些影响,记者在采访他的时候,65岁的他看上去很虚弱,眼睛也患有白内障。

“象脚”复燃了会怎样?

2021年5月,《科学(Science)》杂志发表了一篇文章,让人不得不担忧。

文章中说道,深埋在反应堆下的“象脚”再次阴燃了,就像烧烤坑里的余烬。目前,乌克兰科学家正在进行检测,想要确定这个现象是否会自行消失,还是要采取人工手段来干预,才能避免它再次燃烧起来引起爆炸。

科学家在核电站内部

乌克兰基辅核电站安全问题研究所的研究人员说,他们在做拆除反应堆报告时,传感器跟踪到了很多的中子,中子数正在缓慢上升,这是核原料的裂变信号,正是从“象脚”所在的那个房间流出的。而中子上升的原因,就是雨水渗入了这个房间。

所以“象脚”会重新燃起来,其实是雨水导致的。虽然工程师们把它比作烧烤坑里的余烬,但它并不能真正地像余烬那样,雨水一浇就熄灭了。相反,雨水越是靠近它,它就越容易被重新点燃。

核电站内部

原理大概是这样,核裂变的过程,一般是由重的原子核分裂成两个或多个质量较小的原子。以核电站中最常见的铀裂变来举例,热中子轰击核原料铀-235原子后,会释放出2~4个中子,由这些中子再去撞击其它铀-235,便形成了链式反应。

核裂变释放出的中子移动速度非常快,需要让它减速,才能让其撞击原子的机会增加,从而引发更多的核裂变。所以,核电站都会采用慢化剂来减缓中子的移动速度,慢化剂有很多种,其中一种就是重水。

核裂变过程

重水就是氧化氘,它的相对分子质量比水重11%。重水和普通水的化学性质很相似,电解速率比普通水小。轻水,也就是普通水,也可以作为慢化剂,但轻水会吸收中子,所以轻水式反应堆只能使用浓缩铀,不能使用普通铀。

而核电站使用的铀-235就属于浓缩铀,所以能够用轻水来做慢速剂。

反应堆爆炸后,慢速剂也不再继续为核原料提供减速“服务”,所以“象脚”中的高速中子已经流失了很多,无法再激发新的链式反应。

而雨水的到来,约等于给“象脚”重新供应了慢速剂,再次激活微弱的链式反应。链式反应激活后核裂变就被重启了,如果裂变反应失控,就会再次发生爆炸。

裂变反应失控

怎样让它再次熄灭?

如果裂变反应没有失控,那么在接近“象脚”的雨水干掉后,核裂变就会逐渐停止。但如果里面一直有水,或是一直下雨,威胁就会一直存在,就需要人工干预。

人工干预的方式,就是朝里面喷洒硝酸钆溶液。硝酸钆是一种单斜系柱状晶体,易溶于水和乙酸,它具有潮解性,不但能吸收水分中的水蒸气,还能够吸收空气中的水分。简单来说就是将它喷洒在反应堆中,就可以起到吸水的效果,每次下雨喷一些在上面,就可以减小裂变反应重启的几率。

硝酸钆

1990年6月,核电站下了一场大雨,一位切尔诺贝利的科学家冒着被辐射的危险进入反应堆大厅,喷洒硝酸钆溶液。几年后,这里安装了自动的硝酸钆洒水器,但是由于喷下来的溶液不能有效地渗透到地下,所以“象脚”所在的地方,依然存在一些积水,而且里面的水分无法快速地蒸发掉,积水主要是因为4号反应堆的上方,有一个巨大的石棺。

这个石棺建于事故发生后的几个月,为了防止放射性物质进一步释放,苏联匆忙建设了一座石棺来封闭4号反应堆中的200吨高放物质。但现在,由于辐射和其他因素影响,石棺老化已经很严重了,即便在2008年加固过一次,也只能用到2023年。

旧石棺

现在的这个石棺不但存在辐射泄露的风险,也挡不住雨水,每次下雨都会有雨水渗入,而且还影响着水分蒸发。所以乌克兰切尔诺贝利核电厂公司已经准备将这个石棺拆除,安装新的安全封闭体,钢棺。

这个钢棺是一个由钢管组成的巨大网格结构,由两个纵向的混凝土梁支撑着。钢管已于2016年建成,2019年调试完毕,预计在2023年拆除石棺,安装钢棺。

但目前,不稳定的“象脚”将成为乌克兰安装钢棺时最难的挑战。也许他们将会使用一些能够撑住辐射的机器人到“象脚”处喷洒硝酸钆,或是直接吸收当中的中子,以减少它的威胁。

钢棺

切尔诺贝利核事故是历史上最严重的核电事故,35年前,这场事故已经葬送了很多人的生命和正常生活。现在,我们都不希望“象脚”再次活跃,引起新的爆炸事故,希望乌克兰能顺利地解决这场危机。

来源:Hi科普啦