苏联切尔诺贝利核事故
1986年7月9日，由约翰斯·霍普金斯大学主办的国际能源研讨会正在美国首都华盛顿召开。一篇特邀论文引起了与会者注意，论文摘要中写道：
“正如三哩岛核事故一样，切尔诺贝利核事故引起了全世界公众对核安全的关注……作者近期随美国核安全代表团对切尔诺贝利访问的经历，本文回顾了一些新的研究，以得出关于切尔诺贝利事故的原因、健康和环境后果，以及对美国核电站安全监管影响的结论。”
切尔诺贝利核电站
哈罗德·丹顿关于切尔诺贝利核事故的论文
这位到访切尔诺贝利核事故现场的美国人，正是在美国前总统卡特全权委托下处理三哩岛核事故的哈罗德·丹顿。在他看来，两起核事故的成因颇为相像，都是各种因素叠加的结果，其中既有操纵员的误操作，也有堆型设计的问题。
切尔诺贝利RBMK-1000型石墨反应堆热循环系统
事故前的切尔诺贝利核电站
时间回到1986年4月25日，切尔诺贝利核电站四号反应堆即将按计划停机检修。在停机之前，工程师们希望利用这段时间开展一次试验。
试验目的在于了解，当核电站失掉电力（发电机与外部电网脱开，且核电站没有外部电源支持），又无应急电源接入的前提下，依靠一台还在旋转的汽轮机（惰转）能为核电厂一些系统供应多长时间电力，使主泵能够多导出一些反应堆的热量。这好比一架飞机松开“刹车”，观察飞机还能低速滑行多远。滑行时间越长，自然对于确保飞机安全越有利。但是这个试验本身就存在着风险，试验计划未做好充足准备，也没有得到批准。试验大纲中未包含充分的安全防御事项，运行人员未察觉电气试验的核安全问题及潜在威胁，更不必说苏联工程师们在试验过程中出现一系列操作错误，堪比直接关闭了警报系统，还猛踩“油门”。正如后来切尔诺贝利事故调查委员会主任委员瓦列里·列加索夫（Валерий Алексеевич Легасов）批评得那样：“这就好比飞行员一边飞行，一边测试飞机引擎。”
4月25日凌晨1：06，4号反应堆开始“松油门”，这个功率降低过程持续到当天下午2：00。此时，操纵员违规切除了应急堆芯冷却系统（Emergency Core Cooling System，ECCS），以防止应急堆芯冷却系统的水进入系统干扰即将开始的试验。
切尔诺贝利事故调查委员会主任委员瓦列里·列加索夫
但由于下午时分的基辅工业区仍在开足马力生产，电力需求很高，电网调度人员发来指令：
推迟试验。
现场试验人员只好耐着性子等待，四号反应堆在50%功率同时没有ECCS保护的情况下，运行了9个小时，直到当天夜里11：10。
深夜，基辅工业区终于安静下来，电力需求降低，具备试验条件。
20世纪80年代的苏联冶金厂正在炼钢
在得到上级许可后，反应堆功率继续降低。可经过漫长等待，身心疲惫的操纵员忘记了将功率调节器复位。这是一个严重错误！四号反应堆热功率从500兆瓦一下子掉到了30兆瓦，几乎变成“空中停车”。
这一误操作导致堆芯充满了水，氙浓度升高，反应性掉入“碘坑”。为之一惊的操纵员马上采取措施提升功率并想要停止试验，但副总工程师迪亚特诺夫坚持继续试验。此时已是4月26日凌晨1：00，现场操纵员为了让反应堆功率尽快提升到试验计划功率，开始违反操作规程，一根又一根地拔出控制棒。直到几乎抽出全部手动控制棒，反应堆功率也只回升到200兆瓦，远低于试验计划的700～1000兆瓦水平。
“碘坑”有多坑
核反应堆在裂变与衰变过程中，发生着大量的物质转换，一些新产生的物质对中子平衡有重要影响。特别是个别的裂变产物具有很大的中子吸收截面，典型的裂变产物有钐（Sm-149）和氙-135。
氙-135是气体，弥漫在反应堆中，会和硼一样会直接吸收中子导致核反应速率下降。反应堆正常运行状态下，足量的中子会很快消耗氙-135，氙-135吸收一个中子后会变成氙-136，不会再对核反应造成影响。
但是，核反应堆在低功率运行时，中子生成量减少，碘-135衰变成氙-135的过程却在继续，这导致氙-135的浓度持续上升。它的存在会大大降低反应堆的升功率速度，因此被形象地称为“碘坑”。
同时，操纵员接连违反运行规程，偏离试验计划、关闭紧急停堆保护系统信号、投入反应堆一回路上剩余的两台主泵以增加反应性……
事故后的数据分析证实，凌晨1：22时的反应堆运行反应性裕度约等于8根控制棒，这远低于维持正常运行规定的下限30根，而四号反应堆型号设计有211根控制棒。此时，切尔诺贝利核电站四号反应堆已经在悬崖上摇摇欲坠，而它“身上”吊着一根纤细的绳索。
正反应性空泡系数
冷却剂，也就是我们最熟悉的水，在流经“热腾腾”的堆芯时会发生沸腾，产生气泡。而气泡会引起反应性变化，这种现象被称为“空泡效应”。在冷却剂中所包含的蒸汽泡的体积分数（百分数）称为“空泡份额”。冷却剂空泡份额变化百分之一所引起的反应性变化，称为“空泡系数”。其可能是正值，也可能是负值，这取决于反应堆设计。
“正”意味着当堆芯中的空泡数增大时，反应堆的反应性会增加。而负反应性空泡系数的堆型则恰恰相反，当堆芯中的空泡系数增大，反应性降低。比如，现在常见的压水反应堆都是负反应性空泡系数设计，其以吸收截面比较大的水作为慢化剂和冷却剂，核裂变是由热中子（慢中子）引起的，中子慢化（减速）靠水分子。如果温度升高，水变成蒸汽气泡，则水分子数量大幅减少，产生慢中子数量将会下降，所以引起的核裂变减少，堆芯会产生能量降低。而切尔诺贝利核电站采用的RBMK-1000石墨沸水堆特殊设计，意味着在没有水、仅有水蒸气时，一方面石墨慢化产生大量慢中子，另一方面吸收的中子大大减少，降低的中子吸收作用会使反应堆的功率迅速增加，在这种情况会形成一个危险的正循环：气泡增加，降低了水吸收中子的效率，进而导致输出功率增加；而输出功率增加，又会导致更多的气泡产生。
因此，正反应性空泡系数所带来的正反馈是对反应堆安全十分不利的。回想一下，当你在生活中对着话筒说话，声音进入话筒经放大器放大后由扬声器发声音，从扬声器中传出的声音，再次进入话筒……无限次反复之后，通常会听到一些尖利的啸叫声。这便是一种声音的正反馈。我们通常设计反应堆要求反应性空泡系数必须为负值，形成一个负反馈，才有助于堆芯功率的自我稳定。
凌晨1：23：04，试验正式开始。
汽轮机脱离，开始利用它转动的惯性继续驱动主泵旋转。随着汽轮机减速，泵的转速也慢下来，由于堆芯里的水流速过低，燃料升温，水中气泡开始增多。20秒后，在正反应性空泡系数作用下，反应堆功率急剧升高。
到凌晨1：23：40时，反应堆功率已超过530兆瓦，操纵员立即按下紧急停堆按钮，想要快速插入控制棒。但为时已晚，由于之前的违规操作，这些停堆棒从堆芯完全抽出后高悬堆顶并处于闭锁状态，需要6秒钟才能回到堆芯。
事态发展可容不得秒针再跳动6次。(https://www.daowen.com)
只有4秒，反应堆功率就暴涨到了约33000兆瓦，远远超过反应堆的设计功率3200兆瓦。运行日记记录道：“凌晨01：24。猛烈振动，反应堆控制和保护系统的控制棒在到达低限位停止开关前停止移动，棒驱动机构电源开关关闭。”
而在核电站外的人们，先是听到了一声闷响，紧接着又看到了一次爆炸，反应堆顶有什么东西飞上了天，飞射而出的火焰四散溅落，沉沉夜色中顿时火光冲天。实际上，人们观察到的是两次来自反应堆的爆炸。
第一次，包裹着核燃料的金属管熔化，冷却时急剧蒸发，终于因为蒸汽压力过大，导致大规模的蒸汽爆炸，一口气将反应堆2000吨的上盖炸飞。这次爆炸摧毁了更多燃料管道，大量的蒸汽涌出，冷却水的持续流失令反应堆的输出功率继续上升。
第二次，仅仅是2～3秒后，堆芯在爆炸中飞散，直接将屋顶炸飞，造成的危害也更大。尽管因此链式反应停止了，但在氧气与极端高温的反应堆燃料和石墨慢化剂结合后，马上引起了熊熊燃烧的石墨火和极大量的辐射落尘，大量放射性物质形成高压烟羽上升至高空，随大气流动污染了多个国家。
1986年爆炸后的4号机组现场
以1986年5月10日为标准的欧洲铯-137沉积水平图
1989年切尔诺贝利周围环境辐射污染剂量分布
事故发生后，消防员在事故后几分钟内赶到现场，不顾一切冲进火海，试图扑灭大火。
直升机飞行员冒死飞抵反应堆上方，120架直升机空投了5000吨硼砂覆盖物，以吸收辐射。
核电工程师坚守岗位，两次组成敢死队，潜入满是高放射性水的地下室开启泄水阀，以避免出现蒸汽爆炸。
上万名矿工被组织起来，掘开100多米直达反应堆下方的隧道，安装液氮冷却装置，以便让堆芯“冷静”下来。
运输队伍及协调人员倾巢而出，用1000多辆大型客车和3趟铁路专列花费4个小时撤离了5.3万居民。
核电工程师、应急部门人员和军人轮番上阵参与清污，他们身着厚重铅衣，每人每次只挥几铲子就被替换下来。第一个冲上去的是苏军工程兵司令塔拉克诺夫（Тараканов Николай Дмитриевич），那句著名的“我和政委先上，其次是党员，最后才轮到其他同志”就出自他口。
救援直升机飞越四号核反应堆
勇士出征开启泄水阀
核电站屋顶清理放射性残骸的工作人员
周边区域指挥交通的警察
切尔诺贝利救援纪念章
前赴后继，英雄无言。在他们收到的纪念章上，α、β和γ射线的轨迹在一颗血滴中汇合，象征着他们为保护全人类的血色奉献。
而在事故后，为了进一步阻止核泄漏物质继续扩散，当年12月，苏联当局建造了一座消耗40万立方米混凝土和7300吨钢铁的巨型遮蔽结构，将4号核反应堆被彻底封闭起来，这就是所谓的“切尔诺贝利石棺”。2013年，在国际社会共同努力下，欧洲国家联合投资修建了一个巨型的拱形安全掩体（NSC），并用轨道滑动到位，用来替换年久失修的旧“石棺”，新的“石棺”宛若高大的山丘，接替使命，继续坚守岗位。
新旧切尔诺贝利石棺
与此同时，国际原子能机构（IAEA）迅速组织了国际核能安全咨询小组（INSAG）进行调查。事故后4个月在维也纳举行的切尔诺贝利事故国际会议上，专题报告INSAG-1将切尔诺贝利事故的主要原因归咎于操纵人员的严重失误。
然而，正如INSAG-1报告所指出的那样：“仅仅经过短时间的准备，且许多问题尚待分析确定的情况下，一份报告的每一个细节都保持正确，事实上是不可思议的。”随后多年的大量跟踪调查与分析，果然在反应堆堆型的特性及事故进程的细节方面提供了大量新信息，这促使国际原子能机构（IAEA）迫切需要对切尔诺贝利事故原因进行重新评价。
1992年，国际原子能机构（IAEA）发布INSAG-7报告并指出，切尔诺贝利事故是一系列因素的共同作用造成的。这些因素涉及反应堆设计、操纵人员行为、运行经验反馈、核安全管理体制等。
两份报告所给出的清晰结论，并不意味着人类社会对事故调查与反思的终结。经过长期和全面地调查。INSAG最终将事故的主要原因归结为：
●反应堆在设计上存在重大缺陷，不具备固有安全性。具体是指其在低功率条件下的空泡反应性系数为正。当功率提高，产生的蒸汽（即空泡份额）更多，空泡对反应性的正反馈对进一步加剧裂变反应，这是一个不断正反馈的增益过程，使得反应堆变得相当不可控。
●操纵员不按照规程执行试验。例如，将运行反应性裕度降低到允许的限值以下，在试验中发现无法按照试验大纲执行，擅自改变试验条件等。这显示了核安全文化建设的不足。
●另外，与三哩岛事故相比，由于切尔诺贝利反应堆外只设计了具有辐射屏蔽作用的反应堆厂房，而没有专门的密封承压安全壳，蒸汽爆炸导致了放射性裂变产物进入高空并弥散至欧洲各国，侧面证明了外部采用安全壳设计的核电厂具备更高的放射性包容能力。
如今，切尔诺贝利城市道路入口处矗立的纪念碑，默默注视着往来人群，时刻警醒着世人核电的发展必须以人类的安全为提前。
如今的切尔诺贝利城市入口标志
