如果切尔诺贝利的灾难发生在今天,我们还会用到硼和沙吗?
2019-05-27 18:00

如果切尔诺贝利的灾难发生在今天,我们还会用到硼和沙吗?

本文为煎蛋网的专栏“地球上没有新鲜事”文章,已获煎蛋网授权。更多趣闻可访问煎蛋网或订阅煎蛋网微信公众号(ID:jandancom)获取。头图来自美剧《切尔诺贝利》。


HBO的迷你剧《切尔诺贝利》,讲述的是1986年发生的人类史上最严重的核泄漏灾难。在第二集剧情中,情况相当危急。一场大火在切尔诺贝利核电站4号反应堆的废墟之上肆虐。普里皮亚季附近的一个医院已经人满为患,住满了放射病患者。致命的辐射尘一路从苏联飘向瑞典。反应堆上方的空气由于铀核心暴露在空气中而发着光。负责灾难应急的人决定将上千吨沙子和硼倾倒在反应核之上。


为什么他们会使用沙子和硼呢?如果类似的核灾难发生在当今,消防员们还会这样做吗?


你真的不希望暴露的反应堆核心在露天的情况下起火


正如伊利诺伊州立大学的核反应堆工程师Kathryn Huff教授告诉Live Science的那样,这至少会涉及两个层级的问题。


第一个问题是这会是一个不间断的核裂变反应。铀不断的向外发射中子,接着中子不断向其他的铀原子撞击并分裂它们。那些铀原子会释放更多的能量,让情况雪上加霜。这一反应也不再受到限制,也会释放出极高水平的直接辐射,对任何接近它的人产生致命的威胁。


第二个问题也更加严峻,火会向空中释放大量的浓烟和尘埃以及碎片。所有这些都是来自核反应堆,其中还有一些实际上是直接来源于反应堆核心。这包括了在铀原子分裂时形成的相对重量较轻的元素种类(或者同位素)的混合物。


“像这样的事故,最危险的就是这个。”Huff说,“这些同位素,有一些对人类是有毒的。而且有一些比你日常能够接触到的辐射更甚。还有一些除了毒性和放射性之外,还非常容易在环境中转移。”


在这个情况下,转移指的是那些同位素能够进入到活体生物中引发问题。比如说碘131这种碘的放射性同位素,活细胞会把它们当做正常的碘来对待。


切尔诺贝利释放出的浓烟含有大量的碘131,能够飘到数百英里之外的地方。最终它能进入河流,然后进入植物、动物和人类身体中。我们的甲状腺依赖于碘,因此会像吸收正常碘一样吸收碘131,然后成为我们体内一个长期存在的严重放射源。


(这也是为什么在核灾难发生后,在受影响区域的人们会吃碘片,为的是补足身体的碘储备,防止甲状腺吸收任何的放射性碘。)


沙和硼


倾倒沙子和硼(真实的切尔诺贝利还混合有黏土和铅)是想要同时解决问题一和问题二。


沙子能够灭火,阻止夺命浓烟的释放。而硼从理论上来讲可以阻断核反应。


“在一个核反应堆里,有可以让核反应进行的同位素,也有能让反应延缓的同位素。”Huff说。


她解释说,为了让核连锁反应进行,你需要足够多的放射性同位素紧挨在一起,这样它们的中子能够肆意释放到空间里,猛烈冲撞其他的原子核并分裂它们。


“当一个中子作用于同位素时,由于同位素的原子核的结构,有一定的可能性它会吸收掉这个中子。”她说,“铀,特别是铀235趋向于吸收中子然后立马就分裂。但是硼倾向于只吸收中子。由于它的原子核结构,它对中子有点饥渴。”


因此,向4号反应堆核心倾倒足够多的硼,理论上可以吸收大量放射出的中子,实现中断裂变反应。


但是在切尔诺贝利这个案例中,向反应堆倾倒硼和其他的中子吸收物没能奏效,一部分是因为由于发电站的设计,临时需要直升机进行倾倒作业。


“剧烈的辐射杀死了数名飞行员。”BBC在1997年报道,“现在我们才得知,尽管他们牺牲了生命,但是几乎没有中子吸收物达到核心。”


不过,Huff说,苏联的这个方法是可行的。而在今日的类似灾难中,应急团队可以基于相同的理论采取行动。


她说,最大的不同在于,如今的现代核电站(至少在美国)是经过设计可以自己完成很多这样的工作。


现代的反应堆更加安全,而且对于各种问题的准备更充分,但是它们的应急手册里仍会提到硼的使用。


Huff指出,美国的核反应堆不可能出现切尔诺贝利这样的事故——从来不在高温下运转,也在更加稳定的容器中操作。发电站本身的设计也能自己完成很多扑灭核反应堆火灾和阻断放射性烟雾的工作。


现代反应堆配备有化学喷雾,能够淹没整个反应堆大楼,在放射性同位素出逃之前就将其从空气中铲除。而且不像切尔诺贝利,美国的核设施是整个被密封在水泥和钢筋的结构里。这些密封的外壳至少在理论上是可以扛得住爆炸的。你可以用小型喷气式飞机撞向其中一个建筑物,也不会让核心暴露出来。


事实上,作为测试的一部分,美国政府在1988年真的对一个空的保护壳这么做了。美国原子能管理委员会(NRC)指出关于大型飞机的撞击研究还在进行当中。


所有会导致切尔诺贝利那样大规模的核泄漏,在现代都是不可能发生的,但是忧思科学家联盟认为,更小规模(但仍然十分危险)的放射性泄露才是美国当下必须面对的真实威胁。


即便如此,NRC为全国运行中的98个核反应堆起草了数百页的应急手册,能够在危机关头指导应急人员如何操作。


你在NRC的网站上能找到这些通俗易懂的手册。这里是西亚利桑那州Palo Verde核发电站的手册。你在手册里能找到什么时候应该向核心倾倒大量的硼(当反应堆无法正常关闭时),当敌对势力攻击核电站时应该怎么做,还有当大量放射性物质进入大气之后,谁应该宣布疏散。


这些计划没有探究关于切尔诺贝利事件的详细信息,不过自911事件以后,NRC为更加极端的灾难事件准备了指导手册。但是Huff说,要扑灭暴露的反应核心上的火,永远离不开硼和沙。


本文译自 Live Science,由译者 Diehard 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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