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2020/11/03

在看《切尔诺贝利》第一集的过程中，我发现没有些相关知识基础，对剧情和表演的削弱虽然不大，但是不容易把这个剧理解透。所以我做些一些物理、核反应堆技术、地理等方面的背景解释。由于RBMK（压力管式石墨慢化反应堆）反应堆我不是特别熟悉，一些设备和原理以压水堆PWR为例介绍。也请专业的大手子指正。1.控制棒（control rods）：控制棒（control rods）在第一集前半部分反复出现。核反应堆是靠链式反应维持运作，控制棒可以吸收中子，就是控制棒插入的时候吸收中子停止链式反应，拔出的时候反应堆功率变大。核反应堆跟普通锅炉不一样，控制棒拔出默认就是满功率。如果反应堆是车，控制棒就是油门兼刹车，只不过默认是满油门。其原理示意图见下方，左侧是控制棒插入，功率低，右侧是拔出，功率高（变红了）控制棒调节反应堆功率原理片中Dyatlov就一直想去插入（lower）控制棒，来“刹车”。下面这段可能会对后面几集有小剧透，可跳到下一段：不过RMBK反应堆设计有些问题，在踩刹车的第一脚，功率不是降低而是增加的。当时事故的时候，按照操作守则应该是控制棒任何时候不能少于15根，结果当时只有7根，类似于车已经满油门状态了，这时候插棒相当于往发动机里喷NO2（速度与激情看过吧），现场爆缸。图片是一个压水堆的控制棒，RMBK反应堆结构不同，仅作示意2.水箱（Tank）：我看的字幕翻译成了控制柜（System Control Tank），其实应该是水箱水柜，或者压水堆叫堆芯补水箱（Core Makeup Tank），里面存着100吨（立方米）水。反应堆冷却剂是水，靠水带走堆芯热量，在转化成蒸汽做功。因此在发生堆芯失水（冷却剂丧失事故 loss-of-coolant accidents ，LOCA）的时候，堆芯热量无法移走，他们想堆芯注水来冷却。找了个AP600压水堆的示意图，可以看到有两个CMT，在堆芯失水的时候向堆芯内灌水。当然这是目前最先进的设计，RMBK原理类似但肯定要落后很多。三代核电AP600 PWR CMT原理，可以看到有2个CMT；搭配高中压安注CMT实物这个CMT图里看着小，体积其实挺大的，存一百吨水没问题3.石墨（Graphite）：RBMK反应堆是石墨慢化反应堆，那些飞出来的黑色块状物体就是堆芯里的石墨，可以看到非常轻。石墨是可燃的，所以大火止不住。而且这些石墨堆芯出来的，高放射性，所以用手拿一下手直接烂掉。空气中的飞灰也是这些，类似于烧木炭烧纸的飞灰。这个块状中间带洞发红的，就是炸出来的石墨块，后面会有多次呼应一位消防员捡起来一块然后因为石墨块高放射性，很快手烂掉了，不放大图了慢化的意思是，链式反应中裂变释放的是快中子，但是触发下一个原子核裂变的中子需要是能量更低（速度更慢的）热中子，所以需要用慢化剂来降低吸能降低中子速度（能量），常见的是轻水（就是水）、重水（氘2O），和石墨。石墨的坏处就是慢化效果差，虽然耐高温但是可燃。图中灰色的就是裹在核燃料外的石墨慢化剂块（Graphite Moderator）RMBK反应堆堆芯（Core）这一个个方块就是石墨块，里面包裹着燃料（Fuel），片中被炸裂飞出去而且着火大家如果烧过木炭或者纸钱，就知道烧剩下的碳（石墨也是一种单质碳）被风吹一下到处飞，切尔诺贝利的石墨烧了以后也是这样，可以叫辐射尘。一开始是一片片，因为缺乏知识大家不知道这是什么东西很快量大到像下雪一样4.颜色：反应堆着火颜色或者说外观被提了好几遍。大概分两部分，光柱和火焰颜色。剧中几次提到火焰的外观蓝色光柱是切伦科夫辐射第一个是光柱，消防员说可能是强光灯，这个其实是切伦科夫辐射，拿过诺贝尔奖的成果，所以介绍材料很多，百度说的很清楚。B站上有几个视频，讲核反应的切伦科夫辐射的，看一下这个蓝色的光。第二个就是火焰的颜色。不同金属燃烧颜色不同，焰色反应烟花也是这个原理。铀着火啥颜色讲道理我真不知道，网上有张网图是发紫，真实性我不能确定。电影里橘红是常规的碳燃烧，紫色头可能就是铀离子。不同金属燃烧火焰颜色网图铀燃烧火焰颜色，我不能证实5.碘片Iodine：碘的放射性同位素碘131是铀235的裂变产物，所以核事故后或者原子弹核爆后空气中会有碘-131（比如朝鲜核试验后东北就有微量检出）。I-131会被人的甲状腺吸收，就会加大人受的辐射剂量。如果你提前自己服用碘（碘片，我看的字幕翻译是碘药），可以使你的甲状腺吸收碘到饱和，就不去吸收有害的碘-131了。当然这东西平常不能乱吃甲状腺会出问题（甲亢之类）。这个女医生一看就是后面的主要角色6.行政与地理切尔诺贝利是电厂名，普里皮亚季是旁边的小城。类似于大亚湾核电站在深圳市的关系。片里一堆人就是电厂的人与当地（普里皮亚季）政府的会议。7.辐射剂量：电视剧里用的单位是伦琴R，现在一般不用了用希佛SV，1SV约等于8R。希佛是个很大的单位，一般只用毫希佛。人体一次受到4-6 SV的剂量就致死，片子里说一开始3.6R也就是400mSV左右跟后面比已经不算特别可怕。200R（20+SV）、1000R（100+SV）就恐怖了。关于不同剂量对人体的影响，可以自己搜索辐射剂量和辐射病，辐射病也是片里大家的症状，比如呕吐、烧伤、出血一直到死亡。这个我就不介绍了，资料比较多。8.第一集的一个关键伏笔或者说线索第1集开头，核电站已经发生了爆炸，并没有交代原因。但是两位操作员在开头和去开补水箱的阀门的时候，两次提到不是他们的错，他们没做错什么。这种话出现两次而随后电厂的总工程师质问主控，为什么RBMK反应堆会发生爆炸，而不是熔毁，主控答不出来。这就是后面几集的探讨的内容了。具体技术原因我不多介绍，简单介绍下这是个剧情伏笔。在事故调查中曾经有两种看法，一种认为是操作人员失误，一种认为是设计缺陷。作为一个电视剧，讲技术不是他的目的，这两种路线的争论肯定是后面几集的关键线索，围绕这个线索，人性、体制等会一一展开，推动剧情发展，表达导演想传达的意思。总工程师质问主控人员爆炸原因，但没有答案或者初步分析第二集部分9.碘-131与碘片第一集部分说了，I-131是铀235的裂变产物，半衰期只有8天，所以自然界是不存在的。肯定是新鲜产生的。当然上去下结论军事无关我个人持保留意见，因为朝鲜核试验的时候东北就检出过I-131。碘片优先打给小孩，道理第一集部分说了。10.头顶上有胎记的人苏共中央总书记戈尔巴乔夫，苏联一把手。40岁中央委员，49岁中央政治局委员，54岁苏共中央总书记，相当年轻的领导（与苏联之前几位死在任内的总书记相比）。切尔诺贝利事故是他担任总书记的第二年。头顶的胎记是他影视作品的标志。 11.苏打水和伏特加苏打水是个苏联政治梗，领导都喝苏打水，意思他们生活腐化。据说卡扎菲上校特别喜欢一种苏联苏打水。所以只要看到这个东西，就说明要黑苏联政治和腐败了。这个特写镜头说明左边这位不是好东西，瓶子这么多说明很多人不是好东西。白俄罗斯那位胖领导上班喝伏特加还用水晶瓶装也是一个意思。12.裂变（Fission）核裂变我看的字幕叫分裂，只要搜裂变就知道详细信息了。Legasov在直升机上讲的就是裂变的链式反应。中间石墨做慢化剂，慢化快中子成为慢中子的只是第一集部分讲过了。13.消防员和妻子故事明显取材自这本书，诺贝尔文学奖获得者S.A.阿列克谢耶维奇的13.明斯克（Minsk）为什么开会在白俄罗斯首府明斯克，而且Minsk出现次数感觉比乌克兰首府基辅（Kiev，Kyiv）更多，是因为切尔诺贝利虽然属于乌克兰，却实际上在白俄罗斯与乌克兰边境上。由于风向原因（南风），实际上大部分放射性物质也洒在了白俄罗斯境内而不是乌克兰。电视剧里多次出现的漂亮的湖就是地图中那座湖。14.第二集几位人物乘直升机去到切尔诺贝利的人是：Boris Shcherbina，苏联部长联席会议副主席（等于我们副总理），以前是石油工业部长。Legasov可不是看起来有点寒酸的一位教授，他是 院士，也是切尔诺贝利事故调查委员会主任。Pikalov上将，是苏联红军防化兵司令。Boris Shcherbina这三位都是大人物，厂长和总工程师两位跟他们比就是俩小喽啰，厂长还敢对Pikalov直呼其名这现实中是不可能的。另外Pikalov亲自去核心区的事情（当然那个卡车屏蔽防护感觉有点水），也反映西方对苏联军方的救灾贡献和牺牲是非常认可的，没有他们的牺牲事故的后果还会恶劣很多。日本就是没有很多人愿意去牺牲，搞得福岛核事故不可收拾。另外后面可能剧透了，随后苏共中央调了住阿富汗苏军总司令回国指挥救灾，真的是竭尽全力了。Legasov对Shcherbina说留在这五年内就死掉了，然后打动了Shcherbina。实际上两人分别在事故2年后自杀和4年后去世，都没活过5年。再加上外国已经知道核事故，已经无法继续封锁消息，这也是开始疏散的原因之一。 15.硼硼10是良好的中子吸收剂，可以吸收热中子，进而使得热中子（里面说的bullet）减少不足以继续维持链式反应，停止裂变。核电堆芯里一般是含硼的。所以要直升机扔硼进去，这些装备受到辐射后，最后都丢弃在当地了。扔沙子是为了灭火（隔绝空气，常规操作）。16.余热、熔融物、蒸汽爆炸核燃料一旦被使用，裂变是无法完全停止的，直到燃尽。因此会一直放出热量（余热）。因为堆芯冷却功能已经失效，热量会累计，熔化金属和沙子，形成熔融物，温度在1600度左右。这些熔融物温度高到能熔化混凝土。水遇到高温熔融物会变成蒸汽，蒸汽超温超压后会发生蒸汽爆炸。高温也会使水分解成氢气和氧气，氢气也是会爆炸的。这就是日本福岛核事故的情况。200-400万吨指的是爆炸当量。就是相当于多少吨TNT炸药爆炸。17.三位核电员工的故事三位去打开阀门排水的核电员工的故事可以参考这篇文章。18.切尔诺贝利1号、2号反应堆有人质问为什么不让切尔诺贝利其他机组停堆。爆炸的是4号，3号与4号相连停堆，但是由于乌克兰缺乏电力，切尔诺贝利电站作为当时苏联最大的核电站，要提供乌克兰10%的电力。因此1号、2号、3号机组分别运行到1996、1991和2000年。而三位勇士也不是4号反应堆的员工，是没出事故的2号的。第三集部分第三集开始，涉及技术的东西越来越少了。19.锆锆合金在300～400℃ 的高温高压水（压水堆核电站运行工况15.5MPa，320℃）和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面（这是主要原因），对核燃料有良好的相容性，因此可用作水冷核反应堆的堆芯结构材料（燃料包壳、压力管、支架和孔道管），这是锆合金的主要用途。但是锆有个不好的特性就是在高温下与水发生锆水反应，反应放热并产生氢气，福岛核事故就是因为锆水反应产生氢气爆炸使得厂房破损。所以现在在研发的事故容错燃料（Accident Tolerent Fuel）大家都看到陶瓷基而不是金属基材料。左边就是燃料棒的剖面图，外包壳就是锆合金，里面棕色的是二氧化铀芯块（压水堆）这就是一组压水堆的燃料组件，银色的管就是燃料棒实物，外壁面就是锆合金做的20.熔毁MeltdownMeltdown熔毁意思是燃料包壳长期处于高温状态下得不到冷却超过熔点，变成液态的过程。这个高温熔融物温度很高，我们实验室曾经做实验做到1600度。这个温度的熔融物可以与混凝土反应熔穿混凝土。Legasov的方案是向混凝土下方注液氮，把土壤变成类似冻土的形式，冷却上面的熔融物，并且防止液态水流到地下水中。未来三代核电关于熔融物的处理方案主要有两种，IVR熔融物堆内冷却滞留和堆芯捕集器Core Catcher。就是实现熔融物可控的归拢在一定空间内，不至于大范围破坏厂房结构，感兴趣的可以搜索一下原理。21.Heat Exchanger 热交换器大陆一般叫换热器。换热器（heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。这是常见设备了，简单可以认为它有两面，一面对着热源，一面对着冷源，然后把热端的热量传递到冷端上，在剧里是为了将热端（混凝土底板）的热量带走，使它维持在不熔毁的水平。（一个小八卦，大陆的核电站都是建在一整块岩石上的，下面挖无可挖结实得很）22.高级工程师核电主控培养实验都很长，大陆培养一位高级操作员可能要十几年，然后切尔诺贝利25岁的主控就是说明人员培训和授权有问题，根本水平达不到完成他被指派的工作的需要。正常现在本科毕业25岁工程师撑死了。23.政治无脑黑这一集政治无脑黑苏联到了反胃的程度，比如要贿赂钱才能见病人。薛比納说被监听和不给矿工承诺，矿工说有种你开枪之类的。还有KGB，太扯了。还有女教授抱着医院用的塑料衣当宝贝也是扯淡。24.AZ-5 按钮和停堆这个估计后面两集会解释，这就不剧透了。25.辐射病这个实在是太惨，资料也很多，感兴趣的自行看看吧。。。第四集部分开头老太太还有杀狗那一段让我无语。我不知道美国人对于比基尼环礁附近岛屿的岛民和太平洋岛上的核废料会不会拍电视剧。 当年把比基尼环礁岛民强行迁到800公里外的岛上，岛民搞美国ZF告到2000年。这片根本不讨论科技伦理，完全就是个政治剧。26.核辐射对电路的影响，机器人核辐射对材料的影响主要分为三方面，自然也对半导体（晶体管、电子管）之类的东西有影响，强辐射会导致电路失去功能。①、使材料的原子离开原来的晶格位置，产生位移，称为辐射位移效应；②、使材料中的原子电离，称为辐射电离效应；③、高能辐射产生的次级荷电粒子，在运动中穿过材料界面，因电荷转移形成瞬时电流和场，称为电荷转移效应。核辐射里主要是γ射线gamma对电子元器件影响大，可以通过铅板屏蔽但是铅板很重。大家感兴趣可以百度核电站救灾机器人，目前对水池、高温、湿热环境应用还算可以。但是高辐射环境国际上还没有很好的产品。据说德国那个机器人实际上顶了7分钟，没有剧中那个秒跪的情况。 上海交大机动学院等单位联合搞过一个973项目核电救灾机器人，感兴趣的可以百度下27.洗消作业对土地、生物进行处理的作业是洗消作业。对染有毒剂、生物战剂、放射性物质的人员、装备、物资、工事、道路等进行消毒和消除沾染的措施。目的是使受染的部队避免或减轻伤害，使受染的装备、物资等可正常使用。可看介绍28.IAEA国际原子能机构国际原子能机构（International Atomic Energy Agency -- IAEA）是一个同联合国建立关系，并由世界各国政府在原子能领域进行科学技术合作的机构。总部设在奥地利的维也纳。现任总干事天野之弥。组织机构包括大会、理事会和秘书处。2011年(辛卯年)3月15日，由于3·11日本本州岛海域地震引发福岛核电站多机组爆炸，日本政府已向国际原子能机构发出求助。29.AZ-5 按钮和停堆关于插棒时瞬间功率上升，在之前讲石墨的时候说过了，石墨的慢化效果低于水，因此当那个区域的水被石墨置换的时候，快中子通量增加，链式反应加剧，反应堆功率上升。第5集部分不谈政治了，看完相信大家心里都有数。另外Legasov那块讲得非常清楚，我主要讲讲Shcherbina和女科学家讲的那块。30.功率（Power）字幕都把Power写成了电力或者电率或者电功率，其实是热功率。RBMK正常发电时热功率3200MW，电功率1000MW左右。31.全厂断电事故舍尔比納说了在一切情况下包括被军事打击的情况下，厂内失去电力供应的事故叫全厂断电事故。关于全厂断电事故可以参考这个。另外一次导致严重事故的全厂断电事故就是福岛核事故。海啸淹没了厂区导致大量设备断电，备用的应急柴油机也被淹，发生了舍尔比納说的那种情况。据传切尔诺贝利增加甩负荷实验的一个背景是以色列在1981年空袭了伊拉克的反应堆，因此苏联的反应堆也加入了甩负荷实验，以验证反应堆在厂区受到恐袭的情况下是否能保证安全。32.甩负荷实验他们要做的这个实验，也是舍尔比納描述的那个实验，就是甩负荷实验。这个实验模拟在电厂突然与电网解列的时候，汽轮机依靠惯性自转继续发电并且电功率与厂用电相适应，直到坚持到应急柴油发电机组发挥作用。具体内容可以看这一篇文章，并不难理解。现在我国的核电厂，商运前最后一步是168小时示范运行，168小时示范运行前就是连续三次甩负荷实验，必须做过了才行。这个大家都不用担心。这篇新闻也有一些有用的信息。33.人因失误女科学家解释原因那段，重点讲到了人因失误。人因失误(human error)是人未能精确地、恰当地、充分地、可接受地完成所规定的绩效标准范围内的任务。世界核电厂营运者联合会(WANO)1993~2002年发布的940份运行事件报告中,551件与人因相关。人因失误发生的原因有几个常见的人因陷阱。这个片子里第一是时间。一般长假后前三天，周末后第一天；每天的上班第一小时，餐后一小时，午夜之后都是人因失误高发时间段。所以这么危险的实验午夜做是不合适的。其他涉及的人因陷阱还有过于自信、面临新情况、指令有误、工作压力大等等。这里面Dyatlov就发生了非常严重的人因失误。这些失误是三种失误类型中的程序型失误和知识型失误。 具体人因的介绍这个材料讲的还挺好，有时间建议从头读一下，工作学习都用得着。34.倾斜的画面看到这个画面是并不水平的吗？这不是摄影师失误哦，这是一种拍摄技巧，故意在画面中产生不水平不对称的图形，可以让观众产生紧张与不适来烘托气氛。去年拿奥斯卡最佳摄影奖的迪金斯老爷子就很会用这一招。关于这一招在《银翼杀手2049》中的用法可以看这个视频，大约从50秒开始。喜欢作者的欢迎关注知乎专栏，最新文章