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【軍事博評】呂琪:管中窺豹——從美劇「切爾諾貝利」看核事故

 

隨著美劇「Game of Thrones」(中文譯名《權力的遊戲》)完結收官,美國HBO電視網新推出的劇集「Chernobyl」(《切爾諾貝利》)成功接棒並迅速走紅。這套描寫1986年蘇聯境內發生的「切爾諾貝利核電站泄漏」事故的電視劇,迅速成為內地網上的追劇熱點。

筆者也忍不住成為了追劇者。看完前三集,筆者認為:這部劇的制作極其精良,無論是畫面、道具都無可挑剔。第二集中,有個爆炸向外飄散絮狀放射物的場景,這種細節還是第一次被這麼直觀地在影視劇中展現出來。也有部分劇情筆者不敢苟同,不過本文不是劇評,筆者只想藉這部劇,談一談「核事故」這個話題。

HBO劇集「Chernobyl」的宣傳片段。

 

1945年日本廣島一聲巨響,讓人類領教了核能的巨大威力,於是在隨後的冷戰初期,美蘇雙方都瘋狂得想讓幾乎一切裝備都進入核時代。兩國出於對核大戰的准備,都曾經爭相研究各種應對核打擊以及核災難的預案,為此兩國都曾在核條件下舉行過核演習,以獲取相關數據和資料。

 

50年代時,美蘇曾多次試驗士兵在核戰中的作戰能力,以及核爆對土兵進入戰區有何影響。當然,數據是豐的,但後遺症也十分嚴重。(網絡圖片)

美蘇同期舉行的核演習

1954年,蘇聯在奧倫堡州托茨基草原上舉行代號為「雪花」的核演習,當時的朱可夫元帥(Georgy Konstantinovich Zhukov)則被任命為這次演習的總指揮。在那次演習中,蘇軍轟炸機投擲了一枚真正的原子彈,而且就在核爆炸發生後不久,蘇軍參演部隊冒著核輻射向預定目標發起衝鋒,各類戰機也越過蘑菇雲對地面目標實施攻擊,當天蘇軍投擲的彈藥量超過1945年蘇軍進攻柏林時使用的彈藥量。不過,出於種種原因,這次演習內幕一直被作為絕密情報而嚴密封鎖,直到蘇聯解體後才得以公開。

同樣地,美國在冷戰期間也秘而不宣地舉行過很多次類似的實彈核演習。1951年11月1日,美國陸軍在內華達核武器試驗場(Nevada Test Site,NTS)內進行的「克星-爭吵」行動(Operation Buster-Jangle)中,加入一場代號為「沙漠岩石1號」的核戰爭環境軍事演習——也就是人體核試驗。6500名美軍士兵被當作試驗品,用血肉之軀來檢驗原子彈的爆炸威力。隨後,美國陸續舉行過七次代號為「沙漠岩石」的系列人體核演習。可以說美蘇兩國當年為了應付核戰爭,無所不用其極,各種匪夷所思的想法都有過。

《流浪地球》行星發動機設定原畫之一。這事實上就是一種巨型版以核聚變推動的離子火箭。(網絡圖片)

 

2019年初國產電影《流浪地球》裏提到過讓地球停止運轉的「行星發動機」這個構思,早在冷戰時期美國就考慮過,並列入過研發和論證。當時的美國為了在與蘇聯的核戰爭中躲過蘇聯的洲際導彈,曾想利用至少1000台當時推力最大的阿特拉斯火箭第一級火箭發動機組成水平陣列(事實上可能要用更大的引擎,甚至當年剛開始研究的核脈衝引擎),待美國導彈預警雷達發現蘇聯導彈後,同時點燃火箭發動機,讓地球自轉稍稍減速,從而使蘇聯導彈錯過目標(因為當初的彈道計算必須考慮地球自轉及其所產生的科里奧氏力)。當然,該方案最終被否決,具體原因不是因為不切實際,或者數量眾多的火箭發動機會排出成千上萬噸有害氣體,以及可能出現的海嘯、地震等自然災害,而是因為耗資過大。

編按: 嚴格來說,地球停轉引擎只是一個提上蘭德研究中心的初步方案,而且很快就遭否決,連較深入的資料研究都沒有,故也沒有想像圖,而且事後有人研究過,一千枚巨型火箭為地球提供減速的速度,只夠讓核彈頭錯個”幾個原子”的尺寸.…….(照片來自流浪地球劇照)

 

1950至70年代,美國、蘇聯甚至歐洲都認真考慮過以熱核彈頭進行超大規模土木工程的可行性。圖為西德經濟部長Friedrich Bassler提出的撒哈拉沙漠造海計劃,以氫彈炸出大量隧道,引地中海海水進入沙漠低地並改變當地地理環境(以及建造大型水力發電設施)的計劃。(照片來自維基百科)

 

核探索中的有益貢獻

不過,美蘇兩國在應對核反應方面的探索,也不全是赤裸裸毫無人性的。在掌握核技術後,美蘇兩國利用它也做了不少有意義的事。比如在蘇聯的烏茲別克斯坦布哈拉古城(Bukhara)東南,約80公里的烏爾塔-布拉克油田,1963年曾發生火災:11號天然氣井在鑽井施工時鑽透了2450米深的一處超高壓天然氣層,發生嚴重井噴事故。由於井內的氣壓足足是大氣壓的300倍,消防人員用高壓水槍試圖滅火,但都是徒勞。在接下來3年時間裏,油田消防隊一直在努力撲滅11號井的大火,他們嘗試了各種技術:包括試圖減小天然氣流量並熄滅火焰,通過3口深井向11號井注入水泥和各種化學物質等辦法,但都因壓力過高而封井失敗。

展示前蘇聯如何利用小當量核彈破壞地下氣管、阻止天然氣大火的片段;有趣的是,2010年墨西哥灣漏油事故中,美國人很認真地想過”以核堵漏”,甚至向俄國拿取了當時的詳細報告進行可行性評估。(網絡圖片)

 

最後,是蘇聯的核能部找上了門並獻上一計:核能部專家通過周密計算發現,在11號井底部引爆一枚約3萬噸TNT當量的炸彈,就能擠壓套管並把周圍岩石玻璃化,達到封死50米範圍內的每個裂口,徹底堵住11號井,熄滅大火的目的。之前核能部在烏茲別克斯坦的布拉哈區和卡爾西市以西70公里處,連續進行了兩次核爆封堵井噴試驗,都非常成功。當局認為該方案可行,於是蘇聯部長會議當機立斷地采納了這個建議,責令核能部和地質部馬上聯合實施地下核爆滅火作業。1966年9月30日上午9時,隨著一聲震響,斜井內的核彈被成功引爆。強大的沖擊力瞬間將附近岩層全部陶瓷化,核爆威力使岩層擠壓變形,11號氣井的套管也被封死,肆虐了三年的大火終於被撲滅了。

編註:名為查干湖的核爆湖至今天仍然存在,不過這裏的輻射仍在相當程度上高於背景值。(網絡圖片)

 

後來,為了解決塞米巴拉金斯克州,恰剛河灘地區的供水問題,需要在乾旱地區建造人工水庫網,由於地質原因,建造人工湖工程量太大,於是崇尚「暴力美學」的斯拉夫人又一次想到了核彈。於是核能部如法炮製,在塞米巴拉金斯克州的恰甘河灘,地下178米處引爆一枚14萬噸TNT當量的核彈。由於對核技術掌握得當,在爆炸的一個晝夜後,土脊上劑量強度很快降到1毫倫/小時以下,不久後就處於天然水平(15~20微倫/小時)以下。水庫很快投入使用,為附近工業區和農場提供源源不斷的水。為了打消人們仍然擔憂的核輻射問題,蘇聯核能部部長斯拉夫斯基還親自跳入新修建的水庫遊泳。核彈也為他們打開了新世界的大門,從此蘇聯在開鑿運河、河流改道、采礦、采油等多處地方都用上了核彈,效果非常顯著。

 

RMBK-1000反應堆是一種石墨慢化水管沸水堆,雖然是初代具備超過1000MWe 發電能力的實用反應堆,但因為堆心要放入大量石墨管,整個堆的體積不但比同輸出壓水堆超過10倍,而且雖然有一個頗厚的蓋子,但上面的建築物只是較薄的普通強化混凝土樓層。結果在切爾洛貝利核事故中,爐心超壓爆炸後,直接將整座建築都炸塌了。(網絡圖片)

 

核事故後果可大可小

「切爾諾貝利」事故發生至今三十多年,網上經常有人指責蘇聯在處理核事故時,用人命去填這個大坑,對於這一點,筆者是不認同的。要知道首先核事故本身就是一個大災難,處理起來必然特別棘手。特別是對於切爾諾貝利核電站這種石墨沸水反應堆,它不同於現在核電站大多數的壓水反應堆,作為20世紀50年代中期研發的最早的核反應堆,它的循環系統直接連接了堆芯和汽輪機,因此可能造成汽輪機受到放射性污染,給設計和維修帶來麻煩,安全性相對較差,但更重要的是因為堆芯體積巨大,而且被設計成可在運行中就取出核燃料進行鈈提煉,所以需安裝更大型的燃料棒起重機,增加安全風險;再講,蘇聯在1970年代初期(切爾洛貝利一號機組開工時)也沒有製造圍阻體的概念,所以這類早期反應堆一旦出現事故是相當致命的。

右圖是CPR-1000核島內的反應堆及三重一次循環系統結構;中圖是採用CPR1000的防城港核電廠核島外觀,核燃料處理中心、三組一次循環系統的控制及後備支援設施均在當中,而且是分三座建築獨立安裝;右圖是HPR1000(華龍一號)的周邊建築設計,基本安全構造和CPR1000一樣,而三者的安全保障理念,都是來自法式M310堆。(網絡圖片)

 

現在大部分核電站采取的壓水反應堆又被稱為「第二代核反應堆」(少數是第三代堆),是可靠度及安全性高的輕水堆,它具有三大優勢:造價和運營成本相對低、安全冗餘較大、安全性能相對高以及產生的放射性物質相對少,而且設計上容許安裝更大的圍阻體。例如1979年3月28日,美國賓夕法尼亞州三里島(Three Mile Island,TMI)核電站事故。三里島壓水堆核電站發生了堆心熔毀的嚴重事故,一座反應堆大部分元件燒毀,一部分放射性物質外泄。事情僅持續36小時,但給人們留下終生不滅的印象。然而三里島的核能事故雖也是最嚴重的核燃料熔毀事故,其放射能外泄量實際上卻微不足道,事故對環境和居民都沒有造成危害和傷亡,也沒有發現明顯的放射性影響。

福島核電廠很多備用設施及機房都在渦輪機大樓及海堤中間的位置(紅圈處),海嘯一來,輔助設施就大部被水淹浸。(網絡圖片)

 

至於2011年由地震海嘯引發的日本福島核電站危機,則是因為海嘯完全破壞了裝在地下室的冷卻系統機房及後備冷卻循環系統的柴油機,而且和切爾洛貝爾一樣,反應爐幾乎沒有圍阻體設計(只有四周,但樓頂並非強度結構),所以泄露後造成的災難是巨大的。順便補充說明一下,中國目前已建成的秦山核電站一二期工程、大亞灣核電站、田灣核電站、嶺澳核電站均采用壓水反應堆。而中國將新建大連紅岩河核電站、山東海陽核電站、三門核電站、福清核電站、寧德核電站、陽江核電站等也都是採用的壓水反應堆,當中大部分都是法式M310反應堆及其改良型。

 

編按:順帶一提,有趣的是,50至60年代時美國興起所謂“核子旅遊”,還吸引了不少人參與。話說當年拉斯維加斯離55區試爆場不足100公里,每個月都可見到幾次大小不一的菇狀雲,聰明的商家以此招倈,組團遠距離觀賞核爆! (網絡圖片)

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呂琪
香港輕新聞特邀軍事評論員

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