爱达荷州核反应堆爆炸事故

当年听王自健的相声，他说过，出事不要紧，只要不通知媒体。

和平利用原子能的成就背后并不全是胜利，也有一系列的错误，有时甚至是悲剧，造成了伤亡。其中之一是1961年发生在爱达荷州的SL-1实验性反应堆事故。

事故重建中的爆炸

这是美国唯一一次导致瞬间死亡的反应堆事故。三名年轻的反应堆操作员在几秒钟内死亡。那么，到底发生了什么？

实验性反应堆

要理解爱达荷州发生的事件，必须回到20世纪50年代末，即冷战时期的高峰。美国和苏联在各方面展开竞争，其中之一就是在北极地区的开发。美国需要为偏远的军事基地提供可靠的能源，首先是为早期预警雷达站提供电力，这些雷达站旨在保护美国免受可能来自苏联轰炸机的袭击。SL-1反应堆便是为了满足这一需求。

最初，反应堆被称为“阿贡实验室的小型反应堆”。该项目于1954年由阿贡国家实验室的塞缪尔·安特梅耶尔（Samuel Antmeyer）领导开始研发。后来在1958年，项目交给了Combustion Engineering公司，由该公司在爱达荷州的国家反应堆试验站建设了这座反应堆。

反应堆及其辅助设施（事故前）

SL-1本质上是一个实验性反应堆。它本应成为一系列小型、可运输反应堆的原型，这些反应堆能够迅速部署到任何北极地区。因此，反应堆被命名为“Stationary Low-Power Reactor Number One”，即“固定式小功率反应堆一号”。

SL-1的技术规格：

反应堆类型：自然循环的沸水反应堆（BWR）。

燃料：高浓缩铀（93.5% U-235）。

减速剂：轻水。

反射器：轻水和铍。

热功率：3 MW。

电功率：200 kW（加上400 kW供暖热量）。

活性区尺寸：直径约76厘米，高度约76厘米。

燃料组件数量：40个（后增加至59个）。

控制棒数量：9根（5根十字形和4根板式棒）。

控制棒材料：镉（后来换成镉、银和铟的合金）。

反应堆外壳：钢材，壁厚约10厘米。

如你所见，SL-1非常紧凑。其各个组件可以通过卡车或飞机运输。而且当时看起来它也相对简单易操作。仅仅几个操作员就能控制它：“让它简单一些，士兵就不那么辛苦了。”

我认为，这里就埋下了第一次严重的错误。SL-1的设计者在追求紧凑性和简便性的过程中，显然低估了潜在的风险。也许他们最后才意识到原子能并非小事，即便是一个小型反应堆，也可能成为巨大的危险来源。他们过于依赖“碰碰运气”。

事故的前兆

在1961年1月3日事故发生之前，关于反应堆异常的警告信号其实早就出现了。更糟糕的是，这些信号并不少，但像往常一样，要么被忽视，要么被认为是微不足道的。

控制棒卡住

控制棒本质上是反应堆的“刹车”。它们吸收中子，从而调节链式反应的速度。在SL-1反应堆中，使用了镉制控制棒（后来被镉、银和铟的合金取代）。这些控制棒开始经常卡在活性区的通道中。

假设操作员需要下调控制棒以关闭反应堆，但控制棒却无法下去，卡住了。怎么办？只能使用蛮力和简易工具来强行操作。

顺便说一句，事故报告中明确提到，操作员们曾多次抱怨控制棒卡住，但管理层并未采取任何有效措施。

SL-1反应堆所在的房间，位于美国爱达荷州的国家工程实验室，1958年。

活性区材料的变形

反应堆的活性区是链式反应发生的地方。它由含有铀的燃料组件和控制棒的通道组成，而这些部件开始出现变形。

实际上，在铀核裂变过程中，会释放出大量的能量，同时还有中子和其他粒子。这些辐射会影响活性区材料，导致材料发生变形。在SL-1反应堆中，由于使用了高浓缩铀以及紧凑的反应堆结构，这一问题尤为严重。

人为因素

最后，我们不能忽视所谓的人为因素。SL-1的操作员是一些年轻人，他们仅接受过短期培训。显然，他们没有核反应堆的工作经验。

当然，不能将所有责任归咎于他们。他们是按照指示操作，并且尽其所能理解和执行。然而，或许更有经验的工作人员能够察觉到即将发生的灾难迹象并防止它。

最终，技术缺陷、人为因素、资金短缺以及对即将到来的危险的漠视……所有这些因素汇聚成了一条致命的链条，最终导致了这场悲剧。

1961年1月3日事件的时间线

反应堆在1960年12月23日被关闭，以便让工作人员休息过圣诞节和新年假期。而1961年1月3日，SL-1反应堆计划进行定期的技术维护和燃料更换。这是一个常规程序，通常都会定期执行。

当天的值班人员包括三名操作员：27岁的高级操作员约翰·拜恩斯（John Byrnes），26岁的操作员理查德·莱格（Richard Legg），以及22岁的实习生理查德·麦金利（Richard McKinley）。

他们的任务是为反应堆的重新启动做准备。其中一项操作是手动将控制棒连接到驱动装置。由于反应堆停运后，需要将控制棒部分抽出活性区以进行维护，在启动前，它们需要重新安装并连接到控制机制。

就在这里，发生了致命的错误。当地时间晚上9:01左右，理查德·莱格在操作中央控制棒编号9时，将其从活性区中拉得过远。

问题在于，操作手册中明确指出控制棒可以提起的最大高度。对于中央控制棒编号9，最高为42厘米。然而，莱格却将其提起了51厘米。

为什么他这么做？这个问题没有明确的答案。也许他分心了，可能是操作失误，或者只是没有重视这个细节。无论如何，这一举动成为了悲剧的开始。

四毫秒后，爆炸发生

一旦控制棒编号9被提到临界高度，反应堆瞬间进入超临界状态。这意味着链式反应迅速加速，反应堆的功率在短短几毫秒内猛增，估计达到了20吉瓦！这是正常工作功率的几千倍！

接下来发生了什么？燃料瞬间熔化。冷却反应堆的水立刻变成蒸汽。蒸汽无法找到出口，猛然爆发，引发了剧烈的爆炸。

这并不是传统意义上的核爆炸。没有蘑菇云，也没有摧毁一切的冲击波。这是一次蒸汽爆炸，但非常强烈。

事故后SL-1反应堆的内部

爆炸的威力如此巨大，以至于重达几吨的反应堆外壳被抛向空中几米高。它撞到天花板后落回地面，摧毁了周围的一切。

约翰·拜恩斯和理查德·莱格当场死亡。理查德·麦金利在被救援人员找到时仍然活着，但他受到了致命的辐射，并在两小时后于医院去世。

理查德·莱格的尸体被发现被控制棒钉在了天花板上。

事故后的后果处理与调查

事故发生后，自动警报系统立即启动。消防队和国家反应堆试验站的安全服务迅速赶到现场。但是他们能做什么呢？

进入现场的第一批救援人员发现了拜恩斯和莱格的尸体，以及重伤的麦金利。他被紧急送往医院，但遗憾的是未能抢救成功。

提取尸体

提取另外两名遇难操作员的尸体是一项复杂且危险的任务，持续了6天。反应堆建筑内的辐射水平极高，人员只能在那里停留几分钟。反应堆大楼内的辐射水平高达1000雷姆/小时。

救援人员不得不使用特制的防护服、遥控操纵器、机器人……但即便如此，也无法完全保证安全。

遇难者的尸体被严重的辐射污染，必须用特殊的铅棺材埋葬，以防止放射性物质扩散。尸体的辐射水平为100–500雷姆/小时。

SL-1埋葬场

初步清理工作花费了大约24个月。反应堆整座建筑、附近建筑物的污染材料以及在清理操作过程中污染的土壤和砾石都被埋葬在一个埋葬场中。

事故调查

事故发生后，立即成立了一个专门的调查委员会，成员包括领先的科学家、工程师和核安全专家。委员会的任务是查明SL-1事故的原因。

他们研究了反应堆的残骸，采访了目击者，分析了仪器记录，进行了数百次实验，逐步重建了这场悲剧的过程。随着调查的深入，越来越明显的是，SL-1事故并非一次单纯的意外，而是多重问题和错误的结果。

委员会的结论并不乐观。事故的主要原因被认定为中央控制棒编号9被过度提取。但这只是冰山一角。

反应堆外壳被移出建筑物

委员会还发现了其他几个严重的问题：

反应堆设计缺陷。SL-1是一个实验性反应堆，设计并未完善。尤其是控制棒系统的可靠性不足。

操作问题。反应堆并未充分监控设备状况，缺乏定期检查，也未重视“警示信号”。

人员培训不足。SL-1的操作员没有足够的核反应堆操作经验，且没有充分意识到潜在风险。

违反操作规程：理查德·莱格在提取编号9控制棒时，超过了操作手册中规定的最大高度。

事故后果

SL-1事故并没有像切尔诺贝利核事故或福岛核事故那样引发广泛的社会关注。首先，这是因为SL-1位于爱达荷州的一个人烟稀少地区，远离大城市。此外，SL-1是一个军事设施，关于它的信息被严格保密。

检查附近高速公路的辐射污染

然而，对于美国军方和核能行业而言，SL-1事故无疑留下了深刻的印记。这起事故对整个核能行业造成了冲击，并促使人们重新审视许多安全保障措施。

事故发生后，决定停止进一步开发和使用SL-1型反应堆。美国军方的小型反应堆计划也被取消。

这一事件成为重新审视并加强美国所有核设施安全标准的契机，推动了新规则、新规范和新标准的制定。SL-1带来的一个重要教训就是所谓的“单根卡住的控制棒规则”。其核心内容是，反应堆的设计必须确保即便完全提取一个控制棒，链式反应也不会失控。这个规则成为了所有新反应堆的强制性要求。

其他反应堆的设计也根据SL-1的经验进行了修改和完善，引入了新的安全系统，改进了控制和管理系统。