自從費(fèi)米在芝加哥大學(xué)采用石墨磚制造了世界第一臺(tái)反應(yīng)堆以后，各國(guó)第一代的核反應(yīng)堆都是以石墨為減速劑建設(shè)的，其中，英美主要的是石墨氣冷堆技術(shù)，主要以生產(chǎn)钚為目的，發(fā)電為次要目的（見上一篇專欄）;而蘇聯(lián)則進(jìn)一步發(fā)展了石墨堆，創(chuàng)造了石墨水冷沸水堆這個(gè)形態(tài)，在1954年首先在奧布寧斯克使用該技術(shù)建立了一座5MW的商業(yè)發(fā)電的核能發(fā)電站，創(chuàng)造了核電技術(shù)進(jìn)入應(yīng)用的開端。1970年，隨著列寧格勒核電廠的并網(wǎng)發(fā)電，一種堪稱石墨液冷堆的極致的“先進(jìn)大功率壓力管水冷石墨反應(yīng)堆”（RBMK）出現(xiàn)了。

相比于氣冷石墨堆，蘇聯(lián)的液冷石墨堆最大的不同點(diǎn)就是它使用輕水代替了二氧化碳?xì)饬髯鳛槔鋮s劑，同時(shí)冷卻水也能夠進(jìn)一步減速中子（這成了切爾諾貝利事故的禍根之一）。在整體布局上，RBMK用石墨搭建了一個(gè)巨大的“蜂窩煤”結(jié)構(gòu)，在蜂窩煤中，交替安裝燃料棒，控制棒和冷卻水管，中心放置啟動(dòng)中子源。

在工作時(shí)，啟動(dòng)中子源釋放中子啟動(dòng)第一次鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放的快中子通過石墨和冷卻水進(jìn)行減速，在下一級(jí)燃料棒再次產(chǎn)生核裂變，從而源源不斷產(chǎn)生熱能。由于石墨是耐高溫的熱良導(dǎo)體，熱能通過石墨框架加熱水管的水，由于反應(yīng)堆溫度很高，因此水被加熱到沸點(diǎn)，沸水再通過泵進(jìn)入汽水分離器，在那里汽化成蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。由于該反應(yīng)堆沒有熱交換器，所以屬于沸水堆，但正常模式下水在進(jìn)入汽水分離器之前會(huì)在壓力管內(nèi)保持液態(tài)，所以他和福島核事故的單純沸水堆并不是一樣的。

石墨堆有很多好處。由于石墨堆中子減速效率高，和重水堆類似，它很容易把中子能量控制到鈾235最容易進(jìn)行核裂變的等級(jí)，因此它需要的鈾濃縮程度很低，理論上只需要天然鈾的濃度，不過實(shí)際上經(jīng)常使用2%左右的低濃度濃縮鈾，低于輕水堆的3%。所以使用該堆能夠節(jié)約鈾濃縮成本。

除此之外，石墨堆和上一期的重水堆還共有容易生產(chǎn)钚239，其他同位素，可不關(guān)機(jī)更換燃料棒等優(yōu)勢(shì)，但由于石墨成本比重水便宜很多，因此建設(shè)石墨堆非常符合蘇聯(lián)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，在1970之后蘇聯(lián)開工新建的核反應(yīng)堆中，一多半都是RBMK式反應(yīng)堆。

但石墨堆有很多嚴(yán)重的安全隱患，最終一連串連鎖反應(yīng)導(dǎo)致切爾諾貝利的災(zāi)難爆發(fā)。

第一，由于石墨是熱的良導(dǎo)體，比熱容比水少很多，因此落下控制棒停堆后，石墨體本身會(huì)很快冷卻。由于蘇聯(lián)緊急柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后需要40秒熱車達(dá)到穩(wěn)定供電功率，在反應(yīng)堆關(guān)閉后有幾十秒無(wú)法切換到備用電源，因此需要反應(yīng)堆有足夠的存熱保持汽輪機(jī)不至于立即停轉(zhuǎn)。對(duì)于壓水堆，沸水堆來(lái)說(shuō)這并不困難，因?yàn)閹装賴嵏邷乩鋮s水（液態(tài)水的比熱容是常見物質(zhì)最大的）有足夠熱量維持汽輪機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1分鐘，但石墨（比熱容是水六分之一）就不行了。所以切爾諾貝利發(fā)生爆炸的直接原因，就是事發(fā)時(shí)正在做高風(fēng)險(xiǎn)緊急停堆實(shí)驗(yàn)。

第二，石墨堆同位素生成量比較大，有時(shí)候調(diào)節(jié)不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生很多中子毒物（指核反應(yīng)中出現(xiàn)的某些裂變產(chǎn)物，大量吸收中子，導(dǎo)致反應(yīng)堆中子利用率下降），切爾諾貝利前一夜就發(fā)生了中子毒物堆積的問題。根據(jù)記錄：因蒸氣渦輪后備供電測(cè)試計(jì)劃，反應(yīng)堆于午夜后的夜班由白天的1600MW半功率逐步降低至700MW功率，在當(dāng)時(shí)的操作條件下未及反應(yīng)的氙135累積發(fā)生反應(yīng)堆毒化，反應(yīng)堆功率未能穩(wěn)定在700MW，而是跌落至30MW。值班主任阿基莫夫正確判斷出反應(yīng)堆毒化，建議停機(jī)，等待24小時(shí)待氙135經(jīng)反應(yīng)消耗后再逐漸提升反應(yīng)堆功率；但代理總工程師迪亞特洛夫擔(dān)心為影響到日常運(yùn)行及測(cè)試工作負(fù)責(zé)，以開除兩人要挾，執(zhí)意要迅速恢復(fù)反應(yīng)堆至計(jì)劃所定的700MW。在壓力下值班主任阿基莫夫和操作員托普?qǐng)D諾夫解除了一系列安全措施，試圖盡快恢復(fù)反應(yīng)堆功率，漸次將211支控制棒中的205支完全拔出，使反應(yīng)堆處于功率失控的危險(xiǎn)狀態(tài)；僅因反應(yīng)堆毒化，反應(yīng)堆功率的上升滯后，暫時(shí)停留在200MW。待反應(yīng)堆于200MW下燃掉積累的氙135重新激活后，1:23:35僅受6支控制棒束縛的反應(yīng)堆功率急劇上升。5秒后，1:23:40值班主任阿基莫夫按下緊急停機(jī)鈕AZ-5，控制棒立即回插，但為低功率拔出時(shí)穩(wěn)定反應(yīng)堆而作了負(fù)反饋優(yōu)化的控制棒，在高功率從零插入時(shí)短時(shí)間內(nèi)反之帶來(lái)正反饋?zhàn)饔茫?秒后，1:23:47反應(yīng)堆功率驟然升至33000MW，超出設(shè)計(jì)最大功率的10倍，引發(fā)蒸汽爆炸，帶來(lái)嚴(yán)重后果。由此可見，石墨堆嬗變產(chǎn)物復(fù)雜的問題，直接導(dǎo)致反應(yīng)堆功率控制變得更加困難。

第三，RBMK的冷卻水直接通過石墨堆核心，這會(huì)導(dǎo)致它也會(huì)減速中子，正常需要把他計(jì)算在中子減速劑之內(nèi)。但是由于RBMK是一款沸水堆，在溫度很高時(shí)（如切爾諾貝利當(dāng)天）壓力管內(nèi)的冷卻水也會(huì)迅速氣化，此時(shí)水蒸氣氣泡產(chǎn)生了冷卻劑空泡效應(yīng)，使得反應(yīng)堆中子通量更大，更加加劇反應(yīng)速度。而傳統(tǒng)壓水堆，沸水堆在產(chǎn)生氣泡時(shí)，會(huì)導(dǎo)致中子能級(jí)提升到不易發(fā)生核裂變的水平，反而降低了反應(yīng)速度。在切爾諾貝利之后，蘇聯(lián)提升了鈾濃縮濃度，提升了正常工作中子能級(jí)，這樣發(fā)生氣泡后就可以讓中子脫離易裂變能級(jí)，降低功率。

第四，由于反應(yīng)堆低功率時(shí)產(chǎn)生中子毒物可能性高，因此啟動(dòng)反應(yīng)堆時(shí)應(yīng)當(dāng)盡快提升功率，所以蘇聯(lián)修改了控制棒的結(jié)構(gòu)，控制棒最下層是石墨，中間是鎘，這樣在啟動(dòng)拔出控制棒時(shí)，中子吸收劑（鎘）拔出后，石墨會(huì)第一時(shí)刻貼到燃料棒上，從而快速提升功率跨過中子毒物產(chǎn)生功率。但要命的是，這個(gè)棒在插進(jìn)去時(shí)成了石墨先接觸燃料棒，反而插進(jìn)去瞬間會(huì)突然加速反應(yīng)，因此切爾諾貝利爆炸時(shí)插進(jìn)控制棒不但沒剎車，反而猛地踩了一腳油門，引發(fā)功率過高立即爆炸。

由于這些設(shè)計(jì)中未排除的設(shè)計(jì)缺陷，加上事發(fā)時(shí)操作人員忽略了核反應(yīng)堆操作的“絕對(duì)安全”原則，最終造成了世界上無(wú)可挽回的切爾諾貝利核事故，在那之后，蘇聯(lián)終止了一切新建RBMK反應(yīng)堆，既有的反應(yīng)堆也會(huì)在最近十年達(dá)到50年極限壽命時(shí)被安全性高的VVER壓水堆替換。這件事生動(dòng)告訴我們一個(gè)教訓(xùn)：一切的技術(shù)開發(fā)，不能以犧牲安全作為代價(jià)。