作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/6 14:55:00
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死灰复燃?切尔诺贝利又“冒烟”

 

自2016年以来,新安全围护设施封闭并保护了被毁的切尔诺贝利核电站。图片来源:PYOTR SIVKOV/TASS/GETTY IMAGES

35年前,乌克兰的切尔诺贝利核电站发生了世界上最严重的核事故。35年后,裂变反应再次在已损毁设施内的铀燃料堆中阴燃。英国谢菲尔德大学核材料化学家Neil Hyatt说:“这就像烧烤坑里的余烬。”现在,乌克兰科学家正忙于确定这些反应会自行消失,还是需要采取干预措施以避免另一场事故。

据《科学》报道,乌克兰基辅核电站安全问题研究所(ISPNPP)的Anatolii Doroshenko近日在拆除反应堆讨论会上说,传感器追踪到一个人们无法进入的房间流出不断增加的中子,这是一种裂变反应的信号。“有很多不确定性。”ISPNPP的Maxim Saveliev说,“但我们不能排除事故的可能性。不过,中子数量正在缓慢上升,这表明管理人员仍有几年时间找出遏制威胁的方法。”

核废墟中自我维持的核裂变,或者说临界状态,长期以来一直困扰着切尔诺贝利核电站。1986年4月26日,当该核电站4号反应堆的部分堆芯熔化时,铀燃料棒、它们的锆包层、石墨控制棒以及倾倒在堆芯上试图灭火的沙子一起熔化成熔岩。放射性物质流入反应堆大厅的地下室,并硬化成所谓的含燃料材料(FCM),其中含有约170吨放射性铀,占原始燃料的95%。

一年后,相关部门建设了一座钢筋混凝土“避难所”存放4号反应堆“遗体”,它让雨水可以渗入。因为水减慢了中子的速度,从而增加了它们撞击和分裂铀核的几率。但暴雨有时会使中子计数飙升。

1990年6月的一场大雨之后,一位科学家冒着暴露于辐射的风险,进入受损的反应堆厅,在FCM上喷洒了硝酸钆溶液,这种溶液可以吸收中子。他和同事们都担心FCM可能变成临界。几年后,相关部门在“避难所”的房顶安装了硝酸钆喷洒器,但喷雾不能有效地渗透到一些地下室。

2016年,一座耗资15亿欧元的新安全设施封闭了“避难所”,以便稳定并最终拆除反应堆。新设施还可以阻挡雨水,自从被安置以来,“避难所”大部分区域的中子数一直稳定或在下降。

但在一些地方,相关数字开始慢慢上升,例如305/2号房间在4年里,中子数几乎翻了一番。ISPNPP的模型表明,燃料的干燥在某种程度上使中子在裂变铀核时更有效。“这是可信的数据,只是还不清楚机制是什么。”Hyatt说。

这一威胁不容忽视。随着水不断退去,人们担心“裂变反应会呈指数级加速”,Hyatt 说,这会导致“不受控制的核能释放”。

应对新威胁是一项艰巨的挑战。305/2号房间的辐射水平使人们无法靠近并安装传感器,也无法喷洒硝酸钆,因为它被埋在混凝土下面。一种想法是开发一种机器人,它可以长时间承受强辐射,在FCM上钻洞,插入硼柱,吸收中子。与此同时,ISPNPP还打算加强对其他两个领域的监控。

不过,复燃的核裂变反应并不是切尔诺贝利核电站保卫者面临的唯一挑战。由于被强辐射和高湿度包围,FCM正在瓦解——产生更多的放射性尘埃,使拆除“避难所”的计划复杂化。

 

 
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