内容发布更新时间 : 2024/5/18 18:10:24星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

1986年4月26日切尔诺贝利核电站4号机组发生了严重的核泄漏事故。该机组采用的堆型是RBMK-1000，即前苏联独特设计的大型石墨沸水反应堆，用石墨作慢化剂，石墨砌体直径12米，高7米，重约1700吨，沸腾轻水作冷却剂，轻水在压力管内穿过堆芯而被加热沸腾（见图1）。堆芯石墨砌体中间孔道内可装1680根燃料管。反应堆是双环路冷却，每个环路与堆芯840根燃料管的平行垂直耐压管相连，堆芯入口处冷却剂温度为270 ℃进入燃料管道，向上流动，被加热局部沸腾，汇流到一边两个的四个汽包中，汽包中的蒸汽直接进入汽轮机厂房，两环路各对一台汽轮发电机组（一堆两机）各发额定功率一半的电功率（4号堆供汽给7号和8号汽轮发电机组）。该型没有“安全壳”，也没有压力壳。

图一：石墨慢化压力管式沸水堆简图

问题一：为什么切尔诺贝利4号机组低功率下存在正的空泡效应？

当堆芯内出现汽泡时，它对反应性会产生正的空泡效应，即空泡增加，反应性增加，功率增加，又导致空泡数增加，堆就会失控非常危险，好在在高功率情况，这个正效应被其他的负效应（如多普勒效应）所抵销，因此反应堆高功率运行是自稳的。但当功率低于20％时，总的效应就变成正的，这时就很难用手动控制的方法使冷却剂的流量和冷却条件稳定下来。因此，运行规程中不允许堆在低于700兆瓦热功率下运行；本次试验是在堆功率200MW台阶进行的，即在存在正的空泡效应的功率台阶下进行的；

—冷却剂泵扰动或泵气蚀，使空泡增加，在正空泡系数的情况下，会放大其效应，燃料通道的损坏会引起局部闪蒸，引入局部正反应性，并会在堆芯中快速扩展；

问题二：为什么进行试验过程中控制棒下插时堆功率没有下降，反而上升了？ 为进行试验，反应堆的大部分控制棒被提至堆顶（堆芯仅剩6-8组控制棒，而当堆芯仅剩下15组控制棒就要求立即停堆，电站发出了停堆信号但因保护停堆系统退出运行没有自动动作）；

在开始试验时，汽轮机停运，备用柴油机尚未启动供电（大约在汽轮机停运后40秒才能开始供电），导致主泵给堆芯供水减少，堆内更多蒸汽产生，正的空泡效应放大，堆功率增加。

在发出紧急停堆命令时，反应堆出于瞬发超临界状态，功率正迅速上升；

由于堆高度较大，控制棒下落时间较长（约需18秒）；而控制棒端部是石墨挤水棒，当进入反应堆过程中，前几秒钟会使反应堆功率升高，而不是降功率，本次事故中在控制棒下落阶段的前4秒钟，功率上升了80-100倍；

在控制棒下插阶段，由于反应堆热点的蒸汽压力超出临界值，把控制棒向上推出； 以上因素导致控制棒下插时堆功率并未下降，反而上升了。

问题三：为什么试验规程定在70%功率下进行，但却在200MW下进行？

在低于700MW功率水平下运行是不允许的，但这一限制无论在设计、管制限值，还是在运行指令中都没有事先规定。

虽然值长及操纵员提出，根据试验程序应在700—1000MW台阶上进行试验，低功率进行试验不安全，但负责试验的总工想在200MW下进行，以便在反应堆过热时仍有冷却水；

由于当时缺乏平等、公开的讨论环境和氛围，操纵员和值长的提议未能被接受。