作者：一毫秒的永恒

迷你剧“切尔诺贝利”截图，图片显示的是直升机向堆芯倾倒沙子和硼的画面 | Credit: HBO

最近,笔者无意间了解到 HBO 的高分剧《切尔诺贝利》。本着求知的原则，便找来看了一下。看完后，不得不说这部剧从剧情编排、摄影到音效，都展现出近乎教科书级的制作水准。即使观众早已知道事故的历史结局，剧集营造出的压抑与悲凉氛围依然极具冲击力，在很大程度上还原了1986年切尔诺贝利核事故的历史现场，非常推荐感兴趣的读者观看。

回到正题，1986年的切尔诺贝利核事故相信大家有所了解，这是人类历史上最严重的核灾难。据测算，此次事故释放出的放射性物质总量是二战广岛原子弹的400倍以上。联合国相关机构在2005年发布的报告中预计，最终可能有4000人死于核辐射；而国际绿色和平组织(Greenpeace International)在2006年的估算则更为惊人：乌克兰、俄罗斯和白俄罗斯三国的潜在死亡人数可能高达9.3万人，且这些国家中约有27万人因辐射诱发了癌症。

在剧集第二集中，科学家列加索夫提出向反应堆中倾倒硼与沙子，理由是：硼可以吸收中子，减慢链式反应的速度；而沙子则可以通过隔绝空气灭火。那么，为什么科学家们的第一反应是使用沙子和硼？如果类似的核灾难发生在现在，他们还会这样做吗？

图片显示了这次爆炸产生了多大的影响，4号反应堆(图片中心)和汽轮机房(图片左下角)受到了非常严重的破坏 | Credit: wikizero

这张照片是1986年5月3日从一架直升机上拍摄的堆芯鸟瞰图，照片上是被摧毁的4号反应堆。烟雾是由石墨燃烧和堆芯熔化而产生的 | Credit: wikizero

如果正在燃烧的堆芯暴露在外将会产生什么影响？核反应堆工程师、伊利诺伊大学厄巴纳- 香槟分校教授凯瑟琳·赫夫(Kathryn Huff) 表示：“将燃烧的堆芯暴露在空气中至少要面临两个层面的问题。”

第一个问题是持续的核裂变反应。在裂变时铀会释放中子，而中子会撞击其他铀原子并使其再分裂释放更多的中子，所有的铀原子会释放越来越多的能量。因为这种反应不再被控制，所以会放出令人难以置信的辐射水平，对任何试图接近反应堆的人构成致命的危险。

第二个问题——也是更严重的问题，大火将大量的烟雾和灰尘碎片释放到空中，绝大部分的爆炸产物来自于核反应堆，其中一些物质实际上是直接来源于堆芯。这包括铀原子分裂时形成的放射性元素以及同位素。

链式反应示意图。①铀-235原子吸收中子，裂变成两个较小的新原子，释放三个中子及结合能。 ②其中一个中子被铀-238吸收，不会继续链式反应，另一个中子没有碰撞到其他的原子，最后一个中子碰撞到另一个铀-235的原子核，释放二个中子，继续链式反应。③这二个中子都碰撞到铀-235的原子核，分别释放1至3个中子，因此继续链式反应 | Credit: knowpia

赫夫说：“而这是事故中最危险的部分，其中一些同位素对人类会造成伤害，其放射性比在日常生活中遇到的更强。而还有一些物质，除了放射性很强以外，在环境中的流动性也很强。在这种情况下，流动性意味着这些同位素可以进入生物的身体，造成严重的问题。以碘-131 为例，它是碘的一种放射性同位素，与普通碘一样，活细胞也会吸收碘-131。”

像切尔诺贝利这样的烟尘中含有大量的碘-131，它们可以漂移上千公里，最终进入河流，落入土壤，或者被植物、动物和人类直接吸收。我们的甲状腺依赖碘，它会像普通碘一样吸收碘-131，在我们体内形成长期的严重的辐射源。( 这就是为什么在核灾难发生后，受影响地区的人们应该服用碘片，通过过量摄入无放射性的碘，提高甲状腺的含碘量，以降低甲状腺对外部放射性碘同位素的摄入。当然这东西平常不能乱吃，不然有可能甲状腺会出现例如甲亢之类的问题。)

沙子和硼

那么科学家第一反应是倾倒沙子和硼就可以理解了(实际上倾倒在切尔诺贝利的混合物还包括粘土和铅)，他们是为了尽量解决第一和第二个问题。而沙子可以隔绝空气灭火，而硼理论上可以减慢或抑制核反应的速率。

图中为从堆芯中喷射出来的石墨慢化剂块。最大的石墨块显示了一个完整的控制棒通道。石墨是切尔诺贝利反应堆的核心物质，具有极高的放射性 | Credit: wikizero

赫夫说:“在核反应堆中，有使反应加速的同位素，也有使反应减缓的同位素。”她解释说：“要让核链式反应进行下去，你需要让足够多的放射性同位素紧密地结合在一起，这样它们就能释放大量的中子，从而撞击其他原子核，使它们分裂。而有的同位素与中子相互作用时，由于其原子核的结构，它有一定的可能会吸收中子，例如铀，特别是铀-235，有吸收中子然后立即分裂的倾向。但是硼不仅中子吸收截面高，而且吸收中子的能量范围较宽，所以硼更倾向于吸收中子。因此，理论上说，如果向暴露在外的4号反应堆堆芯投入足够多的硼(或者硼化物)，它就会吸收大量快速游离的中子，从而使反应减缓或停止。”

剧中正在抛洒沙子和硼的1号机组因为离反应堆太近，巨大的辐射使飞机电子元器件故障（机组人员也可能因瞬间的强辐射而受影响），致使1号机组不幸坠毁 | Credit: HBO

但是，尽管牺牲巨大，这个方案却没有明显奏效，部分原因是直升机倾倒的方式无法将中子吸收剂倾倒到堆芯中。英国广播公司(BBC)在1997年的报道中提到：“强烈的辐射杀死了几名飞行员。尽管做出了这些牺牲，但到达堆芯的中子吸收剂少之又少。”

不过赫夫说：“他们使用的原理，即用中子吸收剂来阻止反应，包括减少空气中的污染放射源是合理的。在今天发生类似灾难的情况下，响应团队仍将采用基于相同基础理论的方法。不过现在与以前最大的不同之处在于，现代核电站在建造之初，就已经被设计成能够自行完成大量的工作，现代反应堆的安全性大大提高，对突发问题的准备也大大提升，但他们在应急手册中仍然使用硼。”

赫夫补充道：“美国的核反应堆比切尔诺贝利核电站遭遇灾难的可能性要小得多，现代反应堆配备了化学喷雾剂，可以覆盖整个反应堆建筑，在放射性同位素逸出之前将其从空气中清除。”

实验测试了钢筋混凝土的强度，直接向一块巨大的混凝土墙以770公里的时速发射了一架F-4幻影喷气式飞机，以检测核电站在遭遇恐怖袭击时的抗击能力 | Credit: Sandia Laboratories

与切尔诺贝利核电站不同的是，美国的核设施是完全由水泥和钢筋的密封结构组成。这些密封结构的设计非常复杂，至少在理论上，即使发生重大爆炸也不会破坏它们。你可以用一架小型喷气式飞机去撞这些建筑物的保护壳，但是反应堆的核心仍不会暴露。1988年，美国政府想知道钢筋混凝土有多结实，而钢筋混凝土是建造核反应堆设施的材料。执行这项实验的方式是以480英里/小时(约770公里/小时)的速度发射一架F4幻影战机，并将其迎头撞向一块混凝土板。可以想象如果对一座核反应堆发动9/11式的袭击将会带来多大的后果，不过幸好我们早已先发制人。实验结果是3.66米厚的钢筋混凝土几乎完好无损。尽管这张撞击图片让人看得很震撼，但飞机对混凝土块造成的破坏却小得惊人。最大疤痕深度仅为60mm，结构上的损坏只是相当于擦伤。

但是任何一个小的错误有可能都是致命的，所以美国核管理委员会(NRC)已经起草了长达数百页的应急手册，在美国运行的98个核反应堆中，每一个反应堆都有这样的手册。这些文件为应急人员在发生各种看似合理、实则极不可能发生的紧急情况时应该做些什么提供了指导。

虽然自911事件以来，美国核管理委员会已经为更多的极端灾难制定了指导方针，但这些手册中并没有详细介绍切尔诺贝利式的事件，“尽管这样，”赫夫说，“在暴露的堆芯上灭火，最终或多或少沙子和硼都是有‘功劳’的。”

最后也提醒大家，不要因为觉得“切尔诺贝利探险”很酷就盲目前往。切尔诺贝利禁区内至今仍有一些放射性水平较高或情况不明的区域，贸然进入可能存在风险。如果确实计划前往，应严格遵守当地规定，并听从专业导游和管理人员的安排。