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第12章 核电站为什么不会爆炸

1945年8月6日,美国投在日本广岛上的原子弹(核装料是铀,几天后投在长崎的原子弹核装料是钚)造成巨大的杀伤和破坏,至今还使一些人对利用核能心有余悸,担心核电站会发生爆炸就是其中一例。实际上,这种担心是不必要的,早在原子弹爆炸之前科学家们就已经解决了这个问题。

原子弹爆炸是有一定条件的,一是核装料铀块重量超过临界值(1公斤),二是核裂变链式反应引发后不加控制,迅速增殖,短时间内形成大量中子,放出巨大能量。一个铀核裂变产生两个中子引起另两个核裂变,只需10亿分之1秒,另两个核裂变放出四个中子再击中四个核,也是10亿分之1秒,……按这个速度推算,10亿分之30秒便可产生10亿个中子,1公斤铀-235在几百万分之一秒内就裂变完了,放出的能量相当于2万吨梯恩梯爆炸的威力。在这么小的体积内瞬间释放如此大的能量,必然发生强烈爆炸。

核电站的反应堆与原子弹不同,核反应堆的中心部分是活性区,它由燃料棒、慢化(减速)剂、冷却剂和控制棒组成。活性区外包着石墨反射层,最外面是水和水泥等制作的保护层。反应堆里的燃料重量受到严格控制、核裂变链反应自始至终也受到严格控制,使整个反应既不过快也不停止,而是保持在一定水平上进行,因此,核电站不会发生爆炸。

燃料棒里装的是核燃料铀或钚,它的重量有一定限制,如果装的是纯铀就不得超过260克,每个燃料棒彼此被慢化剂和控制棒隔开。慢化剂的作用是使核裂变产生的快中子能量减小变为慢中子,因为快中子很容易在击中铀核之前就飞出去,只有慢中子才能有效击破铀-235的原子核。一个快中子撞击200个碳原子或50个重轻原子后,就会变成慢中子,纯碳石墨和重水是常用的慢化剂。冷却剂的作用一是保持反应堆内温度不致过高,以免烧坏;二是把核裂变放出的热能输送出去,水、重水、二氧化碳等都可以做冷却剂,核电站的反应堆用水做冷却剂,它可以直接变成高温蒸汽去发电。

控制棒能吸收中子,它用金属镉做成,所以也叫镉棒(元素硼也能起到同样作用)。若把镉棒插入反应堆孔洞很深,它就会吸收大量中子,甚至使核裂变反应停止;把镉棒拉出来一些,则会有较多的中子自由活动。通过改变镉棒插入的深度,来调节自由中子的数量,达到控制核裂变链式反应速度的目的。镉棒的位置适当,核裂变反应既不快又不慢而维持在一定水平上持续进行。像管道阀门控制气体和液体流量一样,镉棒在核反应堆中控制着自由中子的数量。因此,正常运转的核电站是不会爆炸的。

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