http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-12-05
巨变：事故发生后，曾经一尘不染的切尔诺贝利核电站四号机组控制室已经掩埋在了放射性尘土中25年。
地面控制：工人们正在修建世界上最大的可移动结构的地基。建成后，这个被称为”穹顶“的结构将会向东移动约300米，覆盖在切尔诺贝利核电站4号机组残骸的上方。
有毒的残骸：当年修建切尔诺贝利核电站4号机组是非常困难的，今天要把他拆除则要更加困难
1. “你能说这是安全的吗？”
1986年4月26日，两声巨大的爆炸撕裂了切尔诺贝利核电站的4号机组，将反应堆重达2000吨的巨大混凝土顶盖就像一枚硬币一样抛上了天空。反应堆核心炸裂而成的白热的碎片像雨点一样砸在了附近的建筑物上，将周围变成了一片炼狱一样燃烧着熊熊大火的炽热之地。之后，反应堆核心的残骸又燃烧了10天之久，将放射性相当于400颗当年投在广岛的原子弹的烟尘释放到了大气中。
令人感到不可思议的是，尽管这次灾难产生的放射性尘埃几乎污染了整整半个地球，给人类社会造成了巨大的影响，但是在去年的日本福岛核电站灾难发生之前，切尔诺贝利核灾难几乎已经被世界所遗忘，仅仅在很少的人的脑海中还残留着这起灾难的记忆。事实上，当福岛核电站灾难发生的时候，一些观察员正在试图使切尔诺贝利的幽灵复活—他们断言，反应堆的堆芯熔融是不可能发生的。但是，我们现在知道，这一恐怖的场景在福岛核电站的3座反应堆中切实地发生了，由此产生的放射性污染物不仅污染了日本的部分地区，还进入了大海。
在切尔诺比利核事故和福岛核事故之间间隔了25年，但实际上，反应堆堆芯熔融发生的频率要比这个表面上的时间跨度频繁得多。在核电工业，安全性是用“堆年”来衡量的，一堆年的意思是一座反应堆运行一整年。以美国为例，美国核能管理委员会的安全目标是每1万堆年发生1起事故。根据自然资源保护委员会的物理学家、顾问Thomas Cochran的计算，在世界范围内，轻水反应堆的装机总量已经达到了11500堆年并发生了5起“堆芯局部熔融”事故—在福岛核电站发生了3起，另外的两起则分别发生在三里岛核电站和前东德的格赖夫斯瓦尔德核电站。(切尔诺贝利核电站之所以未算在里面，是因为它采用的是已经过时的前苏联技术，今天只有极少的核电站还在使用类似的技术。)“从历史数据来看，有1%的轻水反应堆曾发生过堆芯局部熔融。”Cochran说，“这远远超过了1万堆年1起的要求。你还能说这是安全的吗？”
实际上，全世界核电站的实际事故发生概率是美国安全标准的5倍。假如全世界目前正在运行的353座轻水反应堆真的按照这个比例发生事故的话，那么平均每6年我们就能看到一起堆芯熔融事故。用历史的眼光来看，切尔诺贝利核事故并非仅仅是发生在“冷战”时期的一起特例，而是数量日渐增多的轻水反应堆所导致的一系列事故的起始，而我们直到现在才刚刚开始知道如何处理类似的事故。
2.“一所纸牌搭成的房子”
就在日本的急救人员不顾一切地试图稳定住福岛核电站过热的反应堆的时候，在半个世界之外，乌克兰的建筑工人开始了切尔诺贝利核电站废墟清理工作的一个新阶段：清理包裹着烧焦的4号机组残骸的钢筋混凝土“坟墓”周围被污染的土壤。这座被称为“石棺”的反应堆坟墓的设计寿命为15年，但是在超过设计寿命10年之后，它依然像一座中世纪的堡垒一样阴森地矗立在那里。
“这是一所纸牌搭成的房子。”负责石棺维护的防护推进计划(SIP)的资深技术顾问Eric Schmieman说。站在距离石棺只有几百米的SIP办公室的外面，Schmieman给我介绍了前苏联的工程师如何在6个月内匆忙将其拼凑在了一起。北面的墙采用的是砂浆混凝土结构，南边的墙里面则有钢板支撑着横梁，构成顶部的钢板完全是靠重力连接在一起的。“当时就没有一个人站在那里，指挥说往这边或者那边移动几十厘米。”Schmieman，“所有的工作都是靠起重机完成的。”
修建石棺总共使用了约36.7万立方米混凝土和7300吨钢铁，这些材料到今天还能结合在一起，几乎完全是靠摩擦力和运气。在前苏联工人完成石棺建设的时候，石棺的墙壁上布满了落地窗大小的孔洞。泄漏的水腐蚀了支撑横梁的钢板，西面的墙上裂开了一条大口子，鸟儿从裂缝中进进出出，将放射性污染物散布到其他地方。前苏联解体后，破败不堪的石棺移交给了乌克兰政府。那个时候石棺已经变得非常危险和不稳定了，而乌克兰政府却既没有资金，也没有技术能力对其进行维修。
1997年，七国集团同意设立一笔基金，对石棺进行彻底整修。他们授权SIP去执行几十个项目，包括堵住墙上的漏洞、更换顶部、保持西面的墙壁和通风层的稳定，以及安装监控设备等。对石棺进行维修最根本的目的是让它能被安全地拆除。所有项目中最费钱、也是SIP被授权的最后一个，是一个名为新安全护罩的项目。如果一切进展顺利，这个总投资13亿美元的穹顶将彻底把石棺与外界环境隔离。
作为新安全护罩项目概念设计团队的主要人员，Schmieman曾经在世界各地解决过各种棘手的工程问题。但是这个穹顶，他说，是他曾遇到过的最具挑战性的项目，无论是它的尺寸、它的作用，还是它的修建场地下面的危险性都是前所未有的。“这就好像是让工程师们穿越回古埃及时代，去修建金字塔。”
3.“灰尘是工作中最大的问题”
作为移动性最强、同时也是可吸入的放射性污染物，灰尘到今天依然是切尔诺贝利地区存在的威胁。每一栋建筑物都安装有放射性探测门，来探测人们的脚上或者手上是否有放射性尘埃。用拖把武装的妇女们每个小时都会拖一遍地，在穹顶的建筑现场附近巡逻的洒水车不断喷水，以防止尘土四处飘散。出于同样的原因，没有人会去照料那些在街道上徘徊的野猫和野狗，因为粘在它们的皮毛上的灰尘中含有大量具有放射性的铯-137、锶-90和钚-239。
碘-131是另一种在核事故中产生的放射性同位素，它会与普通的碘一样积聚在甲状腺中，在几年后导致甲状腺癌的高发。幸运的是，碘-131只要几个星期的时间就会衰变。但是铯和锶—与对人体生理功能和健康的生态系统异常重要的钾和钙类似—会在土壤和水中，在动物和植物体内存在几十年之久。在被污染的地区，让盖革计数器发出快速嘀嗒声的放射性“地表辐射”，主要就是锶衰减的产物。制造原子弹必需的钚，对于切尔诺贝利地区的放射性水平并没有太大贡献，但却是所有可吸入放射源中最致命的。“一旦它们进入你的体内，放射性污染物就可能给健康带来严重威胁。”SIP的生物医学主管Mark Fishburn警告说，“呼吸、摄入或者是注入体内—这是放射性污染物进入我们体内的主要方式。”
在熔融过程中，切尔诺贝利核电站核心的核燃料变成了温度足以烧穿1.2米厚钢筋混凝土防护层的岩浆状物质，继而又流入到地板下的蒸汽管道，在那里它们凝固成只有在科幻电影中才能看到的玻璃状黑色团状物。科学家们把这些团状物称为“核燃料覆盖物质”，也就是FCMs。今天，有大约200吨FCMs还埋在切尔诺贝利核电站4号机组的废墟下，它们也就是含有钚的“燃料粉尘”的来源。
每一年，石棺下的粉尘消除系统—一系列在顶层下可见的喷嘴—都会向4号机组残骸喷射化学固定剂，固定住松散的灰尘。4号机组残骸的绝大多数地方都是禁止进入的，但是我获准去参观控制室。在挤过一条黑暗、狭窄的走廊后，我发现自己站在了一个类似于《星际迷航》中场景的房间里。3台上面布满了黑色控制手柄的巨大控制台被放置在由灰色金属面板构成的半圆形墙里，除了几个吊在电缆下方的模拟仪表外，所有的设备都已经消失不见。一切都被包裹在一层由灰尘和已经凝固的红色固定剂形成的硬壳里面。尽管我身上穿着防辐射服，我的乌克兰向导仍然警告我不要触摸任何东西。“钚，”他拖着长音说。
对于石棺下墓穴一样的地方，科学家目前仅仅勘探了1/3。很多位于底部的房间内都充满了齐膝深的水，当它们蒸发的时候，会导致FCMs氧化并将微小的“燃料粉尘”释放到空气中。科学家估计，在石棺中大约含有33吨FCMs，这是一种每天都存在的危险，同时也是灾难的隐患。
“重力对这种微小的粒子影响有限。”Schmieman说，“它们漂浮在空气中，这是一个严重的问题。”一旦石棺崩塌，释放出的放射性尘埃云和残骸将是灾难性的。几千名在切尔诺贝利工作的工人受到的放射性辐射剂量大概是限制剂量的25倍。一旦SIP稳定住了石棺，它坍塌的可能性就会很小，但是灰尘依然会是严重的威胁。“每一件工作中最大的问题，”Schmieman说，“就是如何限制放射性尘埃四处飘散。”
安全空间：工程师们正在修建的穹顶是如此巨大，它在长度和宽度上足以容纳下一个足球场，而高度上则能装下自由女神像。一旦完工，工程师们将会用它盖住石棺，并利用遥控起重机将石棺一块块地拆除。
致命的风：2011年3月14日拍摄的福岛核电站照片
4.“它要比那些东西复杂得多”
乌克兰政府曾经考虑从石棺的侧面钻一个孔，获取FCMs，但是工程师们明智地断言，由于石棺过于不稳定，这种做法是极其危险的。惟一将FCMs取出而又不让石棺坍塌的方法，就是在受控的环境下将石棺一块一块地拆除，而新安全护罩的穹顶正是要提供这种受控的环境。
穹顶完工的截止日期是今年4月，但是，获得了这一建造合同的法国Novarka集团近期才刚刚完成了大面积的地面准备工作，最新的截止日期被定在了2015年12月。SIP的的常务董事Laurin Dodd认为，这个日期仍然“过于雄心勃勃了”。从挂在他办公室墙上的电脑渲染图上看，穹顶就像是一座巨型半圆形活动房屋，宽274米、长146米、高105米，足以装下一座体育馆和自由女神像。“人们很容易将它想象成一座巨大的谷仓或者是其他什么东西。”Dodd说，“但实际上，它要比那些东西复杂得多得多。”
当年，前苏联工程师使用标准的建筑起重机建起了石棺。现在，为了拆除它，乌克兰工程师将会使用定制的、通过缆索网悬挂在穹顶上的桁架起重系统。在足球赛场，电视台利用类似的技术控制摄像机在球场上方移动。穹顶上的起重系统同样也会装备有摄像机。除了操纵臂之外，还会有两台50吨升降机、一部钻机、一部液压剪和一台10吨的真空吸尘器。建成后，操作人员将能够安全地在带有防护的控制室内，将石棺的顶部揭开—穹顶也是世界上处理放射性材料的最大的手套箱。
最大的工程挑战在于，设计一套能循环将近20万立方米空气、同时又不会让燃料粉尘飘起的通风系统。与此同时，空气的移动速度还必须足够快，以防止在穹顶内部形成雨云，让它的钢铁骨架生锈。Schmieman进行了模拟，在一套为全球气候研究和工业无尘室研究专门订制的软件上进行了“几百万几百万次的计算”。他不断改变空气的速度并改变气流流动的方式，直至在湿度控制和每一颗灰尘都会停留在地面的速度之间获得了微妙的平衡。
但是，整个项目中堪称天才构想的地方并不是穹顶的设计，而是选择在石棺以西不到300米处一个放射性较小的地方进行穹顶建造。其他公司的方案都是在石棺上方直接建造一个密封结构，但是石棺的上方放射性是相当强的，而更强的放射性意味着工人只能工作很短的时间，这就意味着需要更多的工人和更高的成本。而根据现在的方案，穹顶在建成后将会通过两根固定在巨大的混凝土“地面梁”上的不锈钢轨道，滑到石棺的上方。“一旦实现，穹顶将会是地球上最大的可移动结构。”
5.“让无数在下面工作的工人暴露在辐射下”
在切尔诺贝利，旅游大巴一个必停的地方是小小的游客中心，它位于距离石棺400多米的一处停车场的边缘。透过一扇巨大的玻璃窗，游客能够一览无余地看到石棺，但除此之外这里就没什么可看的了：一台电视机在反复播放Novarka集团关于新安全护罩项目的宣传片，电视机的旁边则是落满尘土的石棺模型。在这部时长9分钟的宣传片的结尾，当穹顶滑入预定的位置时，石棺上方条纹状的草垛通风系统就像魔术般地消失了。
SIP计划，在2014年将石棺的通风系统彻底拆除，但是实际工作很可能不会像Novarka集团的宣传片中所演示的那么顺利。Dodd将其称为是SIP曾经管理过的“最危险”的项目。之所以危险首先是由于通风系统的巨大—它比一座40层楼还要高，而重量则超过了300吨。此外，危险性还在于它已经处理了26年放射性的气溶胶，而且在它的下方是一个充满了核废料的脆弱结构。“假如拆除过程中它倒在了下面的石棺上，那么将让无数在下面工作的工人暴露在辐射下。”SIP的施工现场专家Marsha Brown说，“那将是一场恐怖的事故。”
SIP的计划是将通风系统切割成7块，然后将其一块块地吊起、运走。最重要的危险因素是工人遭受的放射性辐射。靠近通风系统的地方的辐射剂量“非常高，大约是1雷姆/小时”，Schmieman说。SIP正在考虑在石棺的顶上安装防护过道，以削弱工人遭受的辐射剂量，但是那些切割通风系统最顶部的工人将不得不穿戴额外的防护设备，以保护自己免遭有毒的灰尘和烟雾的伤害。
暴露在强辐射下的后果在对原子弹幸存者的研究中有详细的文献记载。例如，我们知道，百分之百致死的剂量是1000雷姆。国际原子能机构确定在切尔诺贝利核电站造成了28个人的直接死亡，这些人几乎都是在灾难发生后一个小时内进入现场的消防员。在那之后，无论是切尔诺贝利还是其他核电站，从未有人遭受过致命剂量的核辐射。
2005年，联合国发表了一份报告称，除了前面的28个人外，预计还会有另外4000人将死于在切尔诺贝利遭受低剂量核辐射所引发的癌症。但是根据近期俄罗斯和乌克兰研究人员发表在美国纽约科学院院刊上的汇编，死亡人数实际上已经接近100万。这个巨大的差异深刻反映出了我们在低剂量辐射对人体健康影响方面的无知。
迄今为止，还没有任何一个管理机构建立起“安全”的辐射剂量标准。每个国家都有自己的标准。在福岛核电站事故期间，日本政府为了保证抢险工作得以顺利进行，甚至将核电站工作人员允许暴露的辐射剂量提高了一倍。在乌克兰，最大许可剂量标准为2雷姆/年，是世界上最严格的标准之一(美国的标准为5雷姆/年)。严格的标准限制了SIP和Novarka集团工作计划制定：假如没有防护设备，拆除通风系统的工人只要工作两个小时所遭受的辐射剂量就会超过一年的限量。实际上，他们可能的工作时间还要更短—尽管通风系统和核电站其他地方的辐射水平是已知的，但是究竟会落到工人身上多少带有放射性的灰尘和气溶胶却是个未知数。除了佩戴放射性测量仪之外，所有的工人还必须使用鼻塞，并保存尿液和粪便样本以对他们遭受的辐射剂量进行分析。
6.“他们擅长制定制度”
去年春天，Novarka集团将石棺西部杂草丛生的荒野变成了繁忙的建筑工地。工人们刮走了表层受污染的土壤，再填上干净的土壤以减少来自地面的辐射。这些工作结束后，他们又挖了两条从石棺的西部一直延伸到东部的平行深沟—这两条深沟将会埋放将穹顶滑到石棺上方的两条不锈钢轨道的地基。每条沟都长约457米，而它们之间的宽度—274米—与穹顶的宽度刚好相同。
到了夏天，工地上已经到处都是混凝土搅拌车和自卸卡车。空气中回响着液压锤将钢筋—总共396根—砸入到深沟底部时所发出的刺耳的金属叮当声。每根钢筋都有24米长，直径1.2米，未来它们将共同支撑起穹顶3.2万吨的重量。挖沟和埋钢筋工作的进展速度要比预期缓慢得多。“任何时候，只要进行挖掘工作，就能挖到某种东西。”Dodd说，“有时候挖到的是事故发生后被埋在地下的大型起重机，有时候挖到的是卡车或者拖拉机，还有时候挖到的是被核燃料污染过的材料。”
摧毁了核电站4号机组的爆炸将相当数量具有高放射性的核燃料—这些核燃料被称为强放射性粒子—抛散到了核电站的各个地方。Dosimetrists在对挖掘出的表层泥土进行例行检查的时候就能发现它们。当这种情况出现时，附近所有的工作都要停下来，直至一名工人用带有3米长手柄的特制铲子将其挖出来。“在移动它的过程中，放射性剂量会迅速降低。”SIP的健康与安全工程师Don Kelly说，“假如你就在它附近，或者把它放进你的衣服口袋里，那么就等于是在自杀。”
Kelly每周都会对工地进行巡查。他在夹克口袋里装了一部摄像机，遇到的所有违反安全的操作都会被他拍摄下来。去年9月的一个下午，当我和他沿着被石棺的阴影遮盖住的北侧深沟行走时，在一处工作地点停了下来—一台装有巨大钻头的履带式车辆正在深沟的底部钻孔。先钻孔再埋下的工作方式要比直接用大锤将钢筋砸下去要温和一些，这也是对这里靠近石棺的一个特别考虑。如果是用液压锤将钢筋强行砸下，那么引发的震动也许已经将不远处一座安全建筑的砖墙震塌，也许还会带倒石棺脆弱的西侧墙壁。
一台挖掘机将钻孔底部的泥浆挖出来，装到一辆自卸卡车上。Kelly开始用摄像机拍摄。我问他正在进行的工作哪里违反了安全规定。“卡车上没有任何警示标记。”Kelly用手指着卡车说，“此外，它也没有后挡板。”切尔诺贝利辐射安全办公室为运送放射性垃圾制定了严格的制度。“干净”的卡车只能用于运输未受污染的废弃物，运送放射性废料的卡车都是专用的，车上必须带有警示标语和后挡板，以防止交叉污染。过了一会儿，这辆没有警示标语和后挡板的卡车开走了，给它经过的每个地方都溅下了污水。
Kelly从卡车留下的污水中取了样本，送到实验室进行分析。几天后，实验室检测的结果出来了：污水被污染的程度不足以被定性为放射性废弃物。但是，为了工地的清洁和工人们的健康，这样的制度是必需的。也许下一次从卡车上留下的脏水就会污染整个工地。“他们擅长制定制度，很好的制度，但是并不擅于遵守这些制度。”Mark Fishburn曾告诉我说，“只要可能，人们总是愿意破坏制度。”
7.“不相信自己会为了这个而丧命”
去年春天，工人们完成了穹顶修建的地面准备工作，开始修建将填入到沟内的两根混凝土地面梁，以及在两根梁之间的一处面积为8.36万平方米的混凝土平台—穹顶将在这里进行组装。“平台将是完全无污染的。”Kelly说，“在这里工作将不需要任何防辐射设备。”但是尽管如此，工人们仍将随身携带紧急呼吸器，以备在探测到放射性粉尘从工地上飘过的时候使用。
除了Novarka集团650人的施工队之外，没有一名工人遭受过超过标准剂量的辐射。考虑到切尔诺贝利可怜的安全记录，这可以称得上是一个了不起的成就。当Dodd在1994年刚来到这里的时候，安全状况之差“耸人听闻、令人震惊”。大多数人根本没有任何防护设备，工厂周围建筑物的辐射探测门根本不起作用。在Pripyat，一座位于切尔诺贝利核电站附近、并在灾难发生后被抛弃的城市，工人们经常来这里的公共池塘游泳。
SIP购买了新的安全装备，但是金钱无法买到人们观念的转变，于是SIP建立了一套系统来监控个人的放射性剂量。每个工人的工作服外面都挂着辐射剂量检测表，一旦某个人身上的辐射剂量超标，他就会被解雇。很多工人都通过将辐射剂量检测表装在自制铅盒中的方法来避免读数超标。“这简直是疯了。”Dodd说，“这等于是在说，我们根本不相信自己会为了这个而丧命。”
两年前，一只狼出现在了建筑工地附近，在那些Novarka的工人还没来得及更换的门前游荡、嗅探。在切尔诺贝利无人区空荡荡的街道上看到游荡的狼、麋鹿或者是成群的野猪这些野生动物是不同寻常的，因为这些在某些地方游荡过的野生动物可能意味着危险。“动物是污染物的载体。”Fishburn说，“如果它们吃了遭到放射性污染的食物，然后四处游荡并小便，那么就会将污染散布到各个地方。”
这只试图进入工地的狼咬伤了6个人，攻击了一辆救护车，并杀死了一条狗。在YouTube上你能找到一段用手机拍摄的关于这起事件的视频，从中可以看出工人们对可能的危险那种漫不经心的态度。在视频中，两名工人打开了门并对着狼吹口哨。他们把狼逼到了角落，并用铲子柄和空氧气瓶打它，而他们的工友们则在后面大声地鼓励他们。出乎意料的是，狼从角落里冲向了人群并开始咬人—视频到此时突然终止了。卫兵后来找到了这只狼并开枪打死了它。
8.“我们整个世界的灾难”
Alexander Novikov是切尔诺贝利的安全主管，他为所有在这里工作的人的健康负责。一个下午，我在Slavutych—一个专门为清理核电站废墟的工人和前Pripyat居民居民而新建的小城市—的一家餐馆内见到了他。Novikov一支接一支地抽着浓烈的土耳其雪茄，并用蹩脚的英语向我介绍着依然存在于石棺之内的危险。“从当年事故发生到现在的25年中，”他说，“我每天都在担心。只有傻瓜才会不担心。”
我让他举个例子。大约在一年前，Novikov说，他在半夜接到了一个电话。打电话来的工程师说传感器探测到了放射性碘-131的痕迹，而这只能意味着一件事：在石棺内部的某个地方正发生着不受控制的核裂变，4号机组内的FCMs正在发生裂变。只要一块混凝土砸到了FCMs上，那么就会改变其内部的几何结构，引发为称为“紧急事件”的核链式反应。尽管FCMs不会发生爆炸，但是它产生的高热会烧穿混凝土地板，同时产生强烈的放射性。一旦在这个过程中它接触到水，就可能引发氢爆炸，摧毁整个石棺。
在回忆这个午夜打来的电话的时候，Novikov不时用手抚摸自己的喉部，以防止自己因紧张而说不出话来，然后又继续讲他的故事。他告诉工程师检查所有的核燃料，同时等待频谱分析的结果。“报告说放射性的碘-131并非来自切尔诺贝利。”Novikov微笑着又点燃了另一支雪茄，“而是来自福岛。”
1986年，在切尔诺贝利核电站的清理工作中，Novikov自愿去那里做了一名剂量测定员。之后除了短期离开了一段时间对受到的核辐射进行恢复性治疗外，他一直都在这里工作，切尔诺贝利就是他的生命。在谈到在这里的工作时，他的态度不仅达观，还有着一种宿命的味道。“问题依然会存在。”他说，“很多人都认为，一旦新安全护罩建成，所有的安全问题都会迎刃而解。但是在我看来，那仅仅是新的问题的开始。”
他所说的问题并不是拆除石棺或者是回收FCMs，那些都只不过是程序上的问题。真正的问题，Novikov说，是时间。核废料与放射性废物是不可能被“清理”的，它们无法被根除，只能被密封在铅或者混凝土容器中从一个地方转移到另一个地方，或者深埋到地下并在周围拉起铁丝网。实际上，对于FCMs，目前还没有人有任何计划。穹顶的设计寿命为100年，等到了寿命周期后，它也会成为设计更新、更安全密封机构的工程师要处理的新的残骸。
“核电站事故不仅仅是乌克兰的灾难，也不是前苏联的灾难。福岛核电站事故已经很好地说明了这一点。”Novikov弹了弹雪茄上的烟灰，从嘴里吐出了一大团烟说，“这是我们整个世界的灾难。”
[新浪网-科技新时代杂志]