車諾比核電廠事故: 壓力管式石墨慢化沸水反應爐
車諾比核電廠事故: 壓力管式石墨慢化沸水反應爐 (RBMK)
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題:
1. 車諾比核能電廠反應爐的設計上的缺陷為何?
車諾比核事故中的核反應爐是壓力管式石墨慢化沸水反應爐(俄語縮寫為RBMK,意思是「大功率管式反應爐」)。這是蘇聯建造的用於核電站的石墨慢化沸水反應爐。此技術於20世紀50年代發明,現在已被認為過時且有嚴重的缺陷,但是一直到2010年,俄羅斯境內仍有至少11台RBMK反應爐在運行,只是並沒有再新建此類型反應爐的計劃,車諾比核事故之後國際社會也持續施壓,要求俄羅斯當局關閉剩餘的那些RBMK反應爐。
反應爐容器是一個圓柱形鋼鐵,外徑14.52米,厚16毫米,高9.75米,並有伸縮縫以對抗各方向上的熱膨脹/收縮應力。減速劑放在一個圓柱形的,內徑16米,外徑19米的中空水槽。水槽壁厚30毫米,內部分為16個垂直單元。水從單元底部泵入並從頂部流出。這些水亦可被用於緊急冷卻反應爐。。水槽、沙層和反應爐坑中的混凝土亦被作為額外的生物防護層。
RMBK型反應爐為沸水式水冷卻石墨緩衝的高功率反應爐,水與鈾燃料棒接觸而被加熱沸騰,所產生的水蒸汽則帶動兩座50萬千瓦的渦輪機以產生電力。燃料棒放置在石墨緩衝劑中,石墨的作用是使中子減速和維持連鎖反應,控制棒則用來控制反應爐產生的功率。
此反應爐此核電廠的設計缺點:
- 具有正反應度係數 (High positive void coefficient)。當功率異常上升時水會沸騰,冷卻水中產生蒸汽時會製造出有空洞的水泡,無法吸收中子,而石墨繼續慢化中子,2個因素促成中子被吸收產生核分裂,反應速率增加,這個情況很容易讓中子數目迅速增加,反應速率失控,這是RMBK型反應爐的正反應度係數。
- 大部分緊急應變皆須以手動操作
- 在低功率輸出時相當不穩定
- 蘇俄核能電廠之安全系統缺乏多重性、多元性、分離性之設計,無法有效地發揮反應器安全保護功能,例如車諾比反應爐外圍並沒有有效的圍阻體設計。
車諾比核事故主要原因是人為操作上的誤失,但是RMBK型反應爐這4項設計上缺點也是最終引發嚴重災情的輔助條件。
下面以圖形來說明RBMK反應爐的運作和車諾比第四號機組發生的事故。
圖1和圖2呈現RBMK反應爐的基本運作。
參考資料
1. 原子能委員會: 《車諾比核電廠事件回顧》(http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_21.pdf)
2. 英文維基百科:RBMK (http://en.wikipedia.org/wiki/RBMK)
3. 中文維基百科:車諾比核事故(http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%88%87%E5%B0%94%E8%AF%BA%E8%B4%9D%E5%88%A9%E6%A0%B8%E4%BA%8B%E6%95%85)