切爾諾貝利災難是20世紀最嚴重的人類災難 (Shutterstock)

4月26日是切爾諾貝利核反應堆爆炸36周年紀念日，這是一場人類經歷的最大的全球災難。它引起了全世界公民的恐懼，以至于人類思想將“核”的一切與人類滅絕聯系起來。

自2000年以來一直處于閑置狀態的舊反應堆隨著俄羅斯對烏克蘭戰爭的開始而成為熱點，人們擔心士兵會受到放射性危害，或反應堆的基礎設施受到損壞，從而導致新的災難。

切爾諾貝利：最古老的一代反應堆

切爾諾貝利核電站距離烏克蘭首都基輔130公里，包括4座核反應堆，由蘇聯在1970年代和1980年代開發。

據Live Science網站報道，蘇聯人在這座核電站使用了RBMK 1000反應堆，它由3個主要部分組成：負責進行“連鎖反應”的反應堆堆芯，負責控制化學反應的連續性的“石墨棒”，第三個也是最后一個部分是一個巨大的水箱，從普里皮亞季河汲取水，用于冷卻反應堆。

根據Physics central網站的說法，該反應堆有一個嚴重的缺陷，名為“正的空隙系數”，這意味著由于沸騰增加或缺乏冷卻，反應堆內的核裂變率增加。

核反應堆如何發電?

核電站的發電依賴于裂變鏈式反應，而鏈式反應是一系列連續的反應，其結果有助于在沒有外部影響的情況下發生更多反應。在核電站中實現這種反應需要使用放射性材料，例如切爾諾貝利核電站中使用的鈾235。

在裂變鏈式反應中，中子撞擊放射性物質的原子，使其分裂成兩部分(即發生核裂變)，產生更多的中子。額外的中子與放射性物質的更多原子發生碰撞，不斷重復前面的過程，反應的持續時間取決于使用的放射性燃料的數量。

在RPMK 1000反應堆中，科學家們使用石墨棒作為吸收過度受激中子的材料，通過插入或移出石墨棒控制堆芯的鏈式反應。如果我們想保持反應的連續性，我們就移除石墨棒，如果我們想阻止它們，我們就把石墨棒插到整個堆芯中。因此，石墨棒可以控制反應并保持反應堆的穩定。

核反應堆的發電取決于鏈式反應釋放的熱量，這些熱能加熱水產生蒸汽，從而運行發電的渦輪機，有些人將核電站比作大型鍋爐。

切爾諾貝利核電站的第四號反應堆因人為錯誤和多個工業缺陷而爆炸 (Shutterstock)

導致切爾諾貝利災難的技術缺陷和人為錯誤

1986年4月26日凌晨，切爾諾貝利核電站第四號反應堆的操作人員想要在反應堆內部測試一些安全系統。根據“大英百科全書”網站的說法，在測試期間，技術人員關閉了反應堆的安全和自我調節系統，而這種行為違反了安全規則。技術人員從反應堆堆芯中抽出石墨棒，使其以大約7%的功率工作，并關閉了水冷系統。

那天晚上，反應堆發生了核爆炸。有人認為爆炸的原因是缺乏足夠的水來冷卻反應堆，蒸汽在冷卻管道中積聚，而更多的蒸汽意味著核裂變率的增加，這導致反應堆堆芯處于高壓和高溫狀態，然后發生爆炸。

一些研究人員提出的另一個原因是反應堆的功率降低，導致不穩定并發生爆炸。當RPMK 1000反應堆內部的溫度升高時，鈾吸收中子，使其活躍度降低，從而抑制了鏈式反應。反應堆在低功率下運行的情況恰恰相反，這時鏈式反應不再穩定。

爆炸導致第四反應堆完全毀壞，大火蔓延到附近的4座建筑物，天空中彌漫著有毒的云層，反應堆的放射性成分殘骸如雨點般落下。消防員在幾個小時內就將第一場大火撲滅了，但石墨柱引起的火災卻用了10多天才撲滅。

在現代核反應堆中，水用于冷卻反應堆堆芯和控制核裂變 (Shutterstock)

糾正過去的錯誤

根據Live Science網站的一篇報道，較新的核電站用水作為“冷卻劑”和“慢化劑”來避免以往核反應堆設計中的錯誤。科學家們稱這些反應堆為“輕水反應堆”。

這種類型的反應堆包括一個裝有反應堆堆芯的大型容器，周圍環繞著流動的水來冷卻它。與RPMK 1000反應堆的情況一樣，鏈式反應產生的熱量使水汽化，蒸汽為渦輪機提供動力并發電。

科學家們沒有依靠石墨來調節連鎖反應，而是用水來發揮這個作用。水減慢了核裂變產生的自由中子的速度，使反應穩定，當反應堆溫度升高時，水的蒸發量增加，水量減少，不再起到調節中子速度的作用，因此鏈式反應減慢，反應器不會因熱量增加而爆炸。這種類型的過程稱為負反饋循環。

除了較新的反應堆外，一些核電站仍然依賴RPMK 1000反應堆。這些站在切爾諾貝利事故后進行了許多修改，其中最重要的是添加鏈式反應抑制劑，以保護反應堆在低功率運行時免受過熱影響，以及增加控制反應的石墨棒的數量，這些石墨棒經過了現代化改造以避免加劇移動的影響，此外還增加了核燃料濃縮裝置。

核電站幫助我們產生大量電力，但對它們潛在危險的恐懼、核燃料的稀缺性以及降低全球溫度的愿望;促使各國開始生產來自太陽和風的清潔能源，這是未來完全放棄核電站的一步。