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原子弹和反应堆
发布时间:2023-09-11      资料来源:徐海龙

     人们谈到核电厂,总是像害怕原子弹一样害怕反应堆。两种东西的确都利用了核裂变的原理。前面说过核裂变的原理,就是中子轰击铀原子核,铀原子核分裂成两个或三个碎片的过程。在分裂的过程中,额外的将原子核内部的一部分能量释放了出来-----以裂变碎片动能(具有速度)的形式。前文说过,这些碎片就是一个个炮弹,进入物质结构,被物质结构所阻止,动能转化成了热量。就是这个过程的热量,使反应堆能发电,能使原子弹能爆炸。


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     另外,无论是原子弹,还是反应堆要发热,都有个临界质量或者临界体积的概念,这是啥意思呢?比如铀本身能自己发生裂变,裂变后除了碎片外,还有个很重要的东西,就是中子。那一定体积或者质量的铀放到一起,本身自发裂变产生的中子又能促使新的裂变反应发生,让这一过程持续不断地进行下去,叫自持裂变链式反应,术语叫“临界”。就是不依靠外部的中子轰击,自己都能自嗨起来,燃烧自己的感觉-----关键是能持续燃烧持续嗨啊。你像咱小时候烧柴煮饭,只要你填了新柴,在那段时间内,就能持续燃烧一样的道理,而不是着一下就灭了。

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     原子弹的原理如上图,原子弹本身内部的铀都是分开一小块一小块的,要引爆它的时候呢,先把炸药点着,就产生了压力,压力把几小块铀推到一块儿,这个时候就达到临界质量了,而且不仅仅是临界,还是超临界,大概意思是裂变产生的中子能让所有的铀原子核在极短时间内都能发生裂变反应。

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     那这个过程可以由个类比,咱家放鞭炮,你一个一个放,没事。10个10放,声音大点儿。那你要10万个一起放呢,这威力,想想就能很大了吧,估计能炸毁一座楼,或者好几座。而原子弹里装的铀大概也就几十公斤的样子,爆炸后能形成几百万甚至千万吨TNT炸药的威力,这个得相当于多少个鞭炮同时爆炸?没算过,反正是很多很多很多很多就得了。在一个很小的空间内,短时间内放出大量的热量,以光和热辐射、冲击波的形式发出来,瞬间摧毁一个城市,那都不在话下,比如日本广岛和长崎。

    又有人说了,那这么简单,谁都能造原子弹了。另个问题出现了,数据记不太清楚了,自然界的铀矿里提出的纯铀中有两种铀原子,一种是235,一种是238,能用来做核燃料和原子弹材料的,只有235,而铀235呢,在自然界提纯的138个铀原子里才有一个是235。那咋整,这就涉及到核心技术:铀235的提纯,这活不是谁都能干的,因为他们从外表长相差不多少。掌握提纯技术的没多少个国家。做原子弹的核材料,铀235的纯度都在90%以上,叫高浓缩铀。核电厂用的那些个才3%左右,你让它爆炸它都爆不了。

       另外,核弹要的就是强大的杀伤力,所以没有人去控制它,而且专门要让它在极短时间内释放出几乎全部能量。而反应堆则不行,除了浓度低以外,还要人为地“控制”它,让它的能量慢慢地释放,要细水长流才行。举个栗子吧,就好比拆一栋楼,原子弹就是一下子垮塌,而核电厂的,大概是你要两块砖两块砖地往下拿,你要不专门往人家脑门上砸,基本没啥事儿。而整栋垮塌,方圆几百米有多少人,给你报销多少。大概这样说吧。至于为啥原子弹能那么短时间爆炸,而反应堆爆不了,需要很专业的知识来解答,有俩术语:瞬发中子,缓发中子。算了,不扯远了,反正一个不希望控制,短时间释放大能量,一个要控制,要多少给多少,细水长流。

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   核电厂是这样的,业内人士把反应堆也叫大锅,这大锅其实就是利用核燃料烧开水的,这个开水是340多度(100多个大气压的压力下),然后再用340多度的开水烧水,就是那个蒸汽发生器,蒸汽发生器里的水开了,沸腾产生蒸汽,蒸汽推动蒸汽轮发电机组发电,跟火电差不多了。唯一跟火电不同的,火电用锅炉直接烧水。核电用核燃料烧水,然后高温水再加热水产生蒸汽。因为反应堆里大量放射性的问题,也有了额外的问题,就是你要监测它,控制它,不让放射性的物质出去。也就是不让老虎跑出笼子里害人。至今为止,发生过两次老虎跑出来的事情,切尔诺贝利和福岛核事故。有人说了,三里岛呢,嗯,三里岛虽然堆芯也融化了,但是放射性没跑出来啊,都让那安全壳给兜住了,这就是一项伟大的发明,专业术语叫第三道屏障,那前两道呢?后面说吧。

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堆芯是这样的



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