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#化學 切爾諾貝利核災

很多人都問我車諾比的事故原因 在這之前 我們要先了解到 一般核子反應爐都是使用「裂變」的形式 也就是一個中子(n)高速撞擊鈾(U)235原子 分裂產生鋇(Ba)和氪(Kr)不過這也導致分裂出的產物質量小於鈾235稱為「質量虧損」 而質量虧損就會導致能量的釋放(熱能)那麼再利用產出的熱能與水作用產生水蒸氣帶動發電機發電的 那麼切爾諾貝利核電廠屬於「壓力管式石墨慢化沸水反應爐」英文代號為:RBMK 那麼這整件事是怎麼發生的呢? RBMK有一個「空泡係數」主要就是測量冷卻劑和中子慢化劑對蒸氣氣泡(空泡) 所產生的影響 那麼一般核反應爐的設計 都有個安全機制 怎麼說呢?也就是說一旦溫度過高或功率過高 就會自動停機 稱為「自動控制系統」 那麼切爾諾貝利核電廠為什麼會炸呢? 原來那天剛好有安排一個測試 那是要測試什麼呢? 主要就是測試水泵因某些原因而停止供電 導致冷卻水無法正常注入反應爐內當然反應爐也停止工作了 因此必須啟動備用發電機 而這備用發電機開機到緩機需一分鐘 而在這一分鐘的空窗期內反應爐就有可能因缺乏冷卻水而熔毀 因此必須利用反應爐產生的「餘熱」指的就是分裂後的產物如:鋇 氪 還會繼續衰變 那麼衰變就會繼續放出熱能稱為「餘熱」利用餘熱繼續供應汽輪機蒸氣使發電機能繼續發電 有了電就能使水泵繼續運轉 這個測試主要就是利用餘熱進行慣性發電看能不能撐過這一分鐘 於是為了配合測試 晚班人員將功率從1600MW降至700MW但這一操作卻使來不及反應的氙135累積 導致功率暴跌到500MW(反應爐毒化) 然後又因工作人員錯誤的將控制棒插的過深導致功率直接跌到30MW達到「準停機狀態」且反應爐內部因中子流 功率不穩等因素導致系統給出一連串警報 這種情況下多數工人都認為應該馬上停機待24小時候再重新啟動 但是當晚值夜班的副總工為了盡快完成測試好讓自己有業績能升官 完全無視警報 以開除威脅工人馬上提高功率 但因氙135濃度過高 功率提升至200MW就很難繼續提高 於是為了順利將功率拉高到700MW 將自動控制系統關閉 並且抽走控制棒 本應該留28支結果卻抽到只剩18支 由於缺乏控制棒和冷卻水的平衡 使反應爐內蒸氣氣泡增加 因為蒸氣氣泡吸收中子的能力沒有水來的好 導致大量中子湧入燃料棒 使核反應加劇 產生更多氣泡 形成一種「正反饋循環」核反應加劇導致功率急速飆升 很快就超出RBMK原先設定功率安全值的十倍以上 工作人員趕緊按下A3-5按鈕「手動緊急停機」 把所有控制棒插回反應爐內 但由於控制棒的下降速度是0.7m/s 而控制棒卻足足有7公尺長 完全插入需大約20秒的時間 且控制棒下降至3分之1處時就卡住了 為什麼卡住呢?前面我們提到了 為了提高功率 幾乎把所有冷卻機制完全撤除 導致核反應劇烈進行導致燃料棒因超高溫而變形 且控制棒本身設計就有缺陷了 本該控制棒應該完全是由「硼」製成的 結果當時設計時考量到拔出控制棒時為了平衡反應將控制棒末端改成石墨 其實一方面也是蘇聯為了省錢 石墨作為RBMK的中子慢化劑 因石墨中子截面積大 可以降低中子移動速度 使中子撞擊鈾235的機率提高 也就是說石墨是可以加速核反應的 於是控制棒插入時因末端石墨可以加速核反應 加上控制棒下降不到一半就卡住了 這等於是“火上加油” 於是就產生更多氣泡 而氣泡的產生也就代表壓力的增加 於是就在A3-5按下過大約七秒鐘 就發生第一次蒸氣爆炸 反應爐的爐蓋被炸開 堆芯外露 過了大約2~3秒又發生第二次爆炸 廠房被炸毀 堆芯炸散 大量游離輻射被釋放到空氣中 那麼第一波趕來的消防員因為對輻射認知不多 甚至還有消防員直接撿起散落的石墨碎塊 且因超標的輻射值 當場就造成了 二十名的消防員的死亡 #補充:很多人都以為後來救災直升機是因為輻射墜落 其實是因為螺旋槳葉片打到 旁邊的纜線而墜落的哦 其實就在切爾諾貝利發生後 各國對於核電廠的防護有提高 現代都會在反應爐內加裝圍阻體 而外面又會用鋼筋混凝土蓋起來 即使反應爐爆炸 也不會有輻射外露的問題 且現代核電廠要爆炸 講真的其實是很困難的一件事 所以大可不必擔心


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B1

我記得RBMK的論文上好像有提到安全性的疑慮,但是被當時蘇聯給秘密隱藏了

原 Po 回覆:

其實RBMK啟用的時候根本還沒完工 而你提到的論文安全疑慮 主要就是 控制棒設計和空泡係數 後來那篇論文的這兩個部分都被蘇聯國家安全局撕掉了

1
匿名
B2

路過推個核爆家園

原 Po 回覆:

其實我也是看過以後我才開始研究的😂😂

2
B3

我覺得還可以再延伸一下日本福島的氫爆(對,是氫爆,不是核爆,到現在還不知道有多少人以為那是核爆)不過我覺得以上是調查結果,其實我有聽過一種陰謀論是我覺得make sense的可以分享一下,有人認為他們當時要做的就是永動機的試驗,因為照理來說鈾濃度不會到這麼高,這麼高濃度基本上只有在核武上面可以看得到了(補充一下臺灣有製造過核武喔!只是被美國拆掉了,臺灣做的是鈽彈)所以比較多科學家在猜當時應該是借核能電廠做永動機實驗(這還滿常見的,像臺灣的質子治療中心就會被拿來模擬宇宙射線實驗來研發一些太空零件) 有興趣的話可以讀放射系xDD放射真的是一門還滿有趣的領域,清大核工已經被砍大學部了,剩下的核工專家分佈都在放射系裡,有些老教授甚至在當年還有參與過核武的研發計畫喔

1
B4

希望多一點標點符號或分段 看得有點累(´・ω・`)

原 Po 回覆:

辛苦妳啦 原諒我的懶惰🥴

1
B5

想了解核災的嚴重性,可以去看電影Pandora (潘朵拉)

1
匿名
B6

這個有翻拍成電影吧?!

原 Po 回覆:

HBO有拍成一系列影集 「核爆家園」

1
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#化學 切爾諾貝利核災

很多人都問我車諾比的事故原因 在這之前 我們要先了解到 一般核子反應爐都是使用「裂變」的形式 也就是一個中子(n)高速撞擊鈾(U)235原子 分裂產生鋇(Ba)和氪(Kr)不過這也導致分裂出的產物質量小於鈾235稱為「質量虧損」 而質量虧損就會導致能量的釋放(熱能)那麼再利用產出的熱能與水作用產生水蒸氣帶動發電機發電的 那麼切爾諾貝利核電廠屬於「壓力管式石墨慢化沸水反應爐」英文代號為:RBMK 那麼這整件事是怎麼發生的呢? RBMK有一個「空泡係數」主要就是測量冷卻劑和中子慢化劑對蒸氣氣泡(空泡) 所產生的影響 那麼一般核反應爐的設計 都有個安全機制 怎麼說呢?也就是說一旦溫度過高或功率過高 就會自動停機 稱為「自動控制系統」 那麼切爾諾貝利核電廠為什麼會炸呢? 原來那天剛好有安排一個測試 那是要測試什麼呢? 主要就是測試水泵因某些原因而停止供電 導致冷卻水無法正常注入反應爐內當然反應爐也停止工作了 因此必須啟動備用發電機 而這備用發電機開機到緩機需一分鐘 而在這一分鐘的空窗期內反應爐就有可能因缺乏冷卻水而熔毀 因此必須利用反應爐產生的「餘熱」指的就是分裂後的產物如:鋇 氪 還會繼續衰變 那麼衰變就會繼續放出熱能稱為「餘熱」利用餘熱繼續供應汽輪機蒸氣使發電機能繼續發電 有了電就能使水泵繼續運轉 這個測試主要就是利用餘熱進行慣性發電看能不能撐過這一分鐘 於是為了配合測試 晚班人員將功率從1600MW降至700MW但這一操作卻使來不及反應的氙135累積 導致功率暴跌到500MW(反應爐毒化) 然後又因工作人員錯誤的將控制棒插的過深導致功率直接跌到30MW達到「準停機狀態」且反應爐內部因中子流 功率不穩等因素導致系統給出一連串警報 這種情況下多數工人都認為應該馬上停機待24小時候再重新啟動 但是當晚值夜班的副總工為了盡快完成測試好讓自己有業績能升官 完全無視警報 以開除威脅工人馬上提高功率 但因氙135濃度過高 功率提升至200MW就很難繼續提高 於是為了順利將功率拉高到700MW 將自動控制系統關閉 並且抽走控制棒 本應該留28支結果卻抽到只剩18支 由於缺乏控制棒和冷卻水的平衡 使反應爐內蒸氣氣泡增加 因為蒸氣氣泡吸收中子的能力沒有水來的好 導致大量中子湧入燃料棒 使核反應加劇 產生更多氣泡 形成一種「正反饋循環」核反應加劇導致功率急速飆升 很快就超出RBMK原先設定功率安全值的十倍以上 工作人員趕緊按下A3-5按鈕「手動緊急停機」 把所有控制棒插回反應爐內 但由於控制棒的下降速度是0.7m/s 而控制棒卻足足有7公尺長 完全插入需大約20秒的時間 且控制棒下降至3分之1處時就卡住了 為什麼卡住呢?前面我們提到了 為了提高功率 幾乎把所有冷卻機制完全撤除 導致核反應劇烈進行導致燃料棒因超高溫而變形 且控制棒本身設計就有缺陷了 本該控制棒應該完全是由「硼」製成的 結果當時設計時考量到拔出控制棒時為了平衡反應將控制棒末端改成石墨 其實一方面也是蘇聯為了省錢 石墨作為RBMK的中子慢化劑 因石墨中子截面積大 可以降低中子移動速度 使中子撞擊鈾235的機率提高 也就是說石墨是可以加速核反應的 於是控制棒插入時因末端石墨可以加速核反應 加上控制棒下降不到一半就卡住了 這等於是“火上加油” 於是就產生更多氣泡 而氣泡的產生也就代表壓力的增加 於是就在A3-5按下過大約七秒鐘 就發生第一次蒸氣爆炸 反應爐的爐蓋被炸開 堆芯外露 過了大約2~3秒又發生第二次爆炸 廠房被炸毀 堆芯炸散 大量游離輻射被釋放到空氣中 那麼第一波趕來的消防員因為對輻射認知不多 甚至還有消防員直接撿起散落的石墨碎塊 且因超標的輻射值 當場就造成了 二十名的消防員的死亡 #補充:很多人都以為後來救災直升機是因為輻射墜落 其實是因為螺旋槳葉片打到 旁邊的纜線而墜落的哦 其實就在切爾諾貝利發生後 各國對於核電廠的防護有提高 現代都會在反應爐內加裝圍阻體 而外面又會用鋼筋混凝土蓋起來 即使反應爐爆炸 也不會有輻射外露的問題 且現代核電廠要爆炸 講真的其實是很困難的一件事 所以大可不必擔心

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