切爾諾貝利事故技術原因分析

切爾諾貝利事故技術緣由分析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展的試驗，試驗的目〔ECCS〕的第三切爾諾貝利事故發(fā)生在上個世紀八十年月中后期，因受到前蘇聯國家原IAEA操作指令和規(guī)程所造成的，即由于運行人員的違章操作使反響堆進入不行控狀災難性事故的發(fā)生。進入九十年月后，隨著核電領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威性的關于切爾諾貝利事故的文獻。本文主要依據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。二、事故緣由技術分析1、RBMK切爾諾貝利核電站所承受的RBMK-1000型反響堆是前蘇聯在上個世紀七作燃料，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———正空泡反響性效應石墨保證了中子的充分慢化，因此反響堆壓力管內的冷卻水對中子的吸取的上升，使其密度降低，空泡增多，則可能因對中子的吸取削減而增大反響性，正空泡系數在充分慢化時可能具有正功率反響性系數。正空泡系數可高達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，與把握保護系統(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明顯變正，而且對把握棒的插入極其敏感：運行中，插入堆內的把握棒越少，空泡系數越正。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〔10-5·℃-1〕燃料溫度系數〔10-5·℃-1〕水的溫度系數〔10-5·℃-1〕空泡系數〔10-2〕effeffeff-0.5快功率系數〔10-6/MW〕〔-1.5×10-4β/MW〕eff數變化大、影響很大。電站負荷下降導致的反響堆功率下降，其低功率下的空泡系數取決于堆等。10.3x103MWd/t，連續(xù)降低功率時發(fā)生200MW有相當于6-82。可見，在此低功率水平下，產生空泡的始因〔如管內水失壓，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啟動物理試驗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運行反響性余量〔ORM〕6-86-8空泡系數+0.7βeff+5βeff功率時更難推想和把握。發(fā)反響堆緊急停堆。為了補救上述設計上的缺陷，設計者承受多種監(jiān)測手段和多種計算機程RBMK堆運行規(guī)程中明確規(guī)定：“反響堆的運行反響性裕量在運行中不得低于相當于3015隨著冷卻劑汽化，反響性會增大，最大為+2βeff，當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)增加并最終進展成了瞬發(fā)超臨界爆炸，詳見圖一。把握棒設計上的缺陷———正剎車效應4211199200mm18把握棒下端是石墨棒〔石墨是慢化劑〕，當把握棒提到上限時，石墨棒1.2m而不是下降，此即正剎車效應，即由把握棒設計缺陷所致。正如INSAG-7指出，切爾諾貝利事故中，導致反響堆功率急劇上升的緣由設計造成的，這種問題在1983年的立陶宛伊格納林納〔Ignalina)核電站大事中補償措施，更沒有向其他運行單位傳播有關的信息。防護措施設計缺陷———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行狀況，每臺主循環(huán)泵的流量是8000m3/h，反響堆堆芯進、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，導致：上部堆芯含汽率降低，達最低水平；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℃〕，甚至已經沸騰。RBMK破壞性事故。堆芯物理工況700－1000MW內完成。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，應基輔電網把握室的要求試驗被延遲〕。由于反響堆在半功率下運行了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，必需盡快補償氙毒，操縱員提出堆內把握棒、減小運行反響性余量以提升功率。01:03200MW〔操縱員已無法進一步堆在低功率下，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果：正空泡反響性系數及正反響沒有任何獨立安全機構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，正空泡系數太大所致〕＋B棒插入石墨擠水棒下移產生正反響性＋C試驗工況熱工水力條件：通過反響堆的冷卻劑流量遠高于額定值，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接近沸點。500MW30MW；700MW軸向功率分布偏正加劇。同時，由于堆芯巨大，易產生氙振蕩，導致中部氙毒增加。故產生雙峰軸向功率分布。當操縱員切斷了汽輪機進汽使之惰轉開頭試驗時，蒸汽流量的減小使壓84EPS-5進一步引入正反響性，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，即正剎車效應最大，詳見圖五。的空泡增加，導致局部正反響性增加〔INSAG-7〕?！?601:23:40EPS-5棒設計造成的〔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。猛烈的正空泡反響性效應。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。度太慢，把握棒遠離活性區(qū)和猛烈的正空泡反響性效應所引起。性裕量過低和堆芯軸向功率分布奇異性所強化。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計上的兩大嚴峻缺陷是導致這次事故的根本原因：☆過大