【cnstem】看热门美剧《切尔诺贝利》科普核科学

最近一部美剧《切尔诺贝利》火了，这部五集迷你剧，一开始制造了一个悬念，“谎言的代价是什么？”。然后是一个科学家将自己对这场灾难的见解整理成了一大捆录音带。接着出门，在监视他的克格勃特工眼皮底下，若无其事的装作丢垃圾的样子，将记录了真相的录音带传递了出去。然后回到家中，上吊自杀了。而此时时钟正好指向几年前爆炸发生的时候。镜头就此回到事故当晚，展现了在灾难面前的各色人性。有欺上瞒下的官僚企图掩盖事态严重程度。有英勇无畏的潜水员，主动进入高辐射的冷却水里关闭阀门，避免更大的灾难。。。有几场戏里，为了表现高辐射环境，画面伴随着高频率的盖革计数器（一种测量辐射的仪器）噼啪声，几乎让观众都喘不过气来了。但是剧集的最高潮却是事故结束后对责任人的一场表演审判上，因为维护ZF伟光正的形象，被处罚的责任人将会背下整个黑锅。审判只是形式，而此时我们的主角（开头自杀的那位科学家）却勇敢的像对抗风车的唐吉坷德一样，指出事故除了人为责任一样，虚伪的体制也是整个事故重要原因。非常喜欢主角最后的总结台词：为了维护统治集团的正面形象，“我们将谎言当做了习以为常，但是每一个谎言，就是一笔债，被记在账本上，终有一天会要求我们偿还。” 剧集不光对人性和体制进行了深入的剖析，也非常深入的对核科学进行了科普。
1、什么是核电：
核电就是利用核裂变反应，通过像子弹一样的中子撞击铀原子核，释放能量，用释放的能量去烧开水，产生蒸汽，再用蒸汽驱动涡轮发电。其实一般的火电站没有太大区别，除了加热用的反应堆。而发生事故的切尔诺贝利四号反应堆是苏联设计的独一无二的反应堆型，石墨反应堆。我们知道原子弹的原理也是核裂变，但那是不受控的核裂变。其破坏力人类在广岛已经见识过了。要用来发电就必须让核反应受控，控制的关键就是控制子弹——中子的数量和速度。这通过很多因素协调完成，对于石墨反应堆来说，主要包括吸收能力最强的控制棒，流经反应堆的水也可以吸收中子并带走核反应产生的热量，但水温升高的话，会产生很多空泡，降低水对中子的吸收作用。还有核反应产生的氙135气体，也可以吸收中子。中子被吸收意味着种子数量减少，会降低反应堆反应速率。然后是石墨，安装在控制棒下面，它不吸收中子但是可以降低中子速度，增加中子撞击铀原子核的概率，增加反应速度。用剧集中主人公的话说如果一切正常，各种因素之间的配合可以像一曲优雅完美的舞蹈，保持反应堆以平稳的速率释放能量。
2、为什么切尔诺贝利4号堆会爆炸
起因是因为一个安全测试，测试在紧急情况下发电机停转，而备用发电机启动的一分钟空挡时间里，通过蒸汽涡轮的惯性旋转带动水泵继续向反应堆供水，保持反应堆稳定。根据试验流程，先要将反应堆的反应速率降下来。反应堆速率下降后，释放的中子减少，产生了多余的氙135气体，它更进一步吸收了中子，将反应堆的反应速率降到了最低点，让反应堆“中毒”了。此时，试验已经不可能进行了，应该放弃了。但是由于一些官场政治的原因——剧中的说法，主管领导已经打点好上级，随时可以上调高升，但这项安全测试没有完成。电厂不能竣工验收，被困在了这里了。于是负责试验的总工程师急于完成这项试验，好让现任主管顺利高升，也好为自己的升迁腾出位子。于是事故当晚，他没有放弃，而是下令将所有控制棒拔出，把反应堆的反应速率升起来，继续试验。在反应速率回升到试验标准后，又下令关闭供水管模拟柴油机失去供电的情况。此时反应堆里情况是，吸收中子的控制棒被拔出，吸收中子的水流也被切断，留在反应堆里面的水也因为温度升高产生空泡，不再能吸收中子。氙135吸收了过多中子，变成氙136，不再继续吸收中子了。基本上所有踩刹车控制核反应的机制都失去了作用。用主人公的话说此时的反应堆就像拉满的弹弓。果然反应速率不断上升，马上就要爆表了。此时，工作人员急忙按下了紧急停机按钮（AZ-5）——就是将控制棒以最快的速度插入反应堆中。然而这一本该挽救危局的操作，却成为松开弹弓的操作。

图1.RMBK反应堆原理图 来源：维基百科 作者：Le Concorde 版权：CC BY-SA 3.0

按剧中说法是因为控制棒顶端是石墨，会降低中子速度，但不吸收中子，反而加快反应速率。所以按下AZ-5后，核反应反而彻底失控，发生了核爆炸。
3、如果遇到核灾难，如何防护：
其实除了尽快逃离放射沾染地区外，没有别的办法，但是剧中提到一个比较简单的防护措施——服用碘片。因为核反应会产生放射性的碘同位素，容易与甲状腺细胞结合而长期滞留体内，带来持久放射性伤害。预防性服用碘片会让甲状腺细胞中的碘饱和，降低吸收放射性碘同位素的几率。

参考资料

• HBO 迷你剧集《切尔诺贝利》IMDB剧集页面
• 维基百科 相关词条:RBMK型反应堆