反應(yīng)堆
銅臭 / 2022-08-12
一、反應(yīng)堆
設(shè)計(jì)反應(yīng)堆的目的，是把原子能逐漸釋放出來，而加以利用。反應(yīng)堆就材料來說，根據(jù)不同的減速劑，就有重水型和石墨型等之分。重水型由于重水的中子吸收截面較小(上節(jié))，故較為有效，堆形可以較小，然而共造價(jià)較貴。石墨型較便宜，堆形就較大。前者較多適宜于實(shí)驗(yàn)性之用，即利用它的中子源來產(chǎn)生放射性同位素;當(dāng)然Pu²³?和裂變產(chǎn)物(放射性核)的生成，在兩個(gè)方 法中都有。后者主要用來發(fā)電，作為動(dòng)力的泉源。如果按鈾的U²³?含量來 分類，有的反應(yīng)堆用天然鈾(含0.715% U²³?),有的用“富集鈾”，后者含有5%或較多的U²³?。如果U²³?的含最較高，那么就不必用重水或極飩的石墨，只要用普通水就可以了。一般用鈾棒。也有用富集鈾的鹽類UO?(NO?)?或UO?SO?溶解在普通水中的。
在反應(yīng)堆中進(jìn)行的裂變?yōu)榻∈椒磻?yīng)，如圖27-20所示。假定有一個(gè)中子打入U(xiǎn)²³?核，發(fā)生裂變，并可發(fā)射3個(gè)快中子，但是其中只有一個(gè)打入U(xiǎn)²³?中，使它生成2.4萬多年半衰期的核燃料Pu²³?,而其中1個(gè)損失掉，即被吸收或逸出，1個(gè)通過減速劑成為慢中子，而執(zhí)行串聯(lián)的裂變反應(yīng)。
由此可見，反應(yīng)堆中的主要反應(yīng)是U²³?核不斷裂變，釋出原子能，另一 方面，U²³?轉(zhuǎn)化為Pu²³?。 不能把所有的U²³?轉(zhuǎn)化為Pu²³?,因?yàn)槊慨?dāng)一個(gè)U²³?進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)，就有一個(gè)U²³?被擊破，而U²³?的存在量是有限的。
要用控制樣來啊節(jié)反應(yīng)堆內(nèi)裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?？刂仆Ｒ话阌脧?fù)制，因?yàn)榻泻艽蟮囊嬷凶游战孛?。鎘棒是用自動(dòng)控制的。
反應(yīng)堆中產(chǎn)生的熱量，用高壓水導(dǎo)出,通過熱交換器發(fā)生蒸氣，以推動(dòng)禍榆機(jī)面發(fā)電,如圖27-21所示。
二、原子能的和平利用
原子能的和平利用有三個(gè)方面。首先是利用原子能發(fā)電，其成本目前和火力發(fā)電差不多。其次，反應(yīng)堆產(chǎn)生的“碎核”可以作為標(biāo)記原子。最寶貴的產(chǎn)物是鈈239,可以分離出來作為原子核燃料。此外還有少量的鎿生成。取出的鈾棒要經(jīng)過繁復(fù)的化學(xué)處理。無用的放射性物質(zhì)應(yīng)予埋就。第三是利用反應(yīng)堆的射線。反應(yīng)堆是強(qiáng)大的中子生產(chǎn)設(shè)備。例如用中子射擊Co??(將鈷放在堆的中心),可得Co??,它是β和γ放射體，半衰期為5.2年。它是最好的γ射錢源，它廣泛地被應(yīng)用于探礦、金屬探傷、醫(yī)學(xué)治療和科學(xué)研究中。在反應(yīng)堆中，利用中子可以制備種種放射性同位素。還可以用中子射擊天然釷，制備裂變原料鈾233。
三、熱核反應(yīng)
重核裂變時(shí)可以釋放極大的能量，同樣最輕元素的原子核發(fā)生聚變時(shí)也能釋出極大的能量。但是，一般對“輕的核”來說，需要有100000000°K(一億度)的溫度來引發(fā)聚變反應(yīng)。氬彈就是利用象下列的核反應(yīng):
H²+H²=H³+H¹+4.0兆電子伏特
H²+H²=He³+n+3.3兆電子伏特
問題是如何能產(chǎn)生1億度的溫度?如果用一個(gè)鈾235或鈈239的 原子彈來引發(fā)，那么它只能產(chǎn)生50000000°K(半億度)。要先把這種普通原子彈來引發(fā)下列核反應(yīng):
H²+H³=He?+n+17.6兆電子伏特
這一個(gè)核反應(yīng)才能產(chǎn)生1億度，再去引發(fā)上列的氘-氘聚變反應(yīng)。這就是氫彈的作用原理。氫彈不象普通原子彈受到“中肯質(zhì)量”的限制，可以造得很大。氫彈的爆炸能力要比原子彈大千百倍。一般在彈中裝液體氘，或用Li?D固體。
重氬的聚變，在和平利用原子能方面的研究工作，近年也有不少發(fā)展。氘不象鈾釷礦石那樣，貯藏量有限，因?yàn)橹厮谄胀ㄋ泻侩m然只有0.015克分子%，但是地球上的汪洋大海就是取之無盡的資源。熱核反應(yīng)的控制問題，將于最近的將來得到解決?？傊?，原子科學(xué)已使人類進(jìn)入控制自然的一個(gè)更高階段。這正好證實(shí)了列寧的預(yù)言:“人類的智慧曾揭露了自然界的許多奇跡，并且還將揭露更多的奇跡用來加強(qiáng)人類對于自然的控制”。
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