反应堆
铜臭 / 2022-08-12
一、反应堆
设计反应堆的目的，是把原子能逐漸釋放出来，而加以利用。反应堆就材料来說，根据不同的减速剂，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(上节)，故較为有效，堆形可以較小，然而共造价較贵。石墨型較便宜，堆形就較大。前者較多适宜于实驗性之用，即利用它的中子源来产生放射性同位素;当然Pu²³⁹和裂变产物(放射性核)的生成，在两个方 法中都有。后者主要用来发电，作为动力的泉源。如果按鈾的U²³⁵含量来 分类，有的反应堆用天然鈾(含0.715% U²³⁵),有的用“富集鈾”，后者含有5%或較多的U²³⁵。如果U²³⁵的含最較高，那么就不必用重水或极饨的石墨，只要用普通水就可以了。一般用鈾棒。也有用富集鈾的盐类UO₂(NO₃)₂或UO₂SO₄溶解在普通水中的。
在反应堆中进行的裂变为健式反应，如图27-20所示。假定有一个中子打入U²³⁵核，发生裂变，并可发射3个快中子，但是其中只有一个打入U²³⁸中，使它生成2.4万多年半衰期的核燃料Pu²³⁹,而其中1个损失掉，即被吸收或逸出，1个通过减速剂成为慢中子，而执行串联的裂变反应。
由此可見，反应堆中的主要反应是U²³⁵核不断裂变，釋出原子能，另一 方面，U²³⁸轉化为Pu²³⁹。 不能把所有的U²³⁸轉化为Pu²³⁹,因为每当一个U²³⁸进行轉化时，就有一个U²³⁵被击破，而U²³⁵的存在量是有限的。
要用控制样来啊节反应堆内裂变的链式反应。控制停一般用复制，因为疆有很大的益中子吸收截面。鎘棒是用自动控制的。
反应堆中产生的热量，用高压水导出,通过热交换器发生蒸气，以推动祸榆机面发电,如图27-21所示。
二、原子能的和平利用
原子能的和平利用有三个方面。首先是利用原子能发电，其成本目前和火力发电差不多。其次，反应堆产生的“碎核”可以作为标記原子。最宝貴的产物是鈈239,可以分离出来作为原子核燃料。此外还有少量的鎿生成。取出的鈾棒要經过繁复的化学处理。无用的放射性物质应予埋就。第三是利用反应堆的射线。反应堆是强大的中子生产設备。例如用中子射击Co⁵⁹(將鈷放在堆的中心),可得Co⁶⁰,它是β和γ放射体，半衰期为5.2年。它是最好的γ射錢源，它广泛地被应用于探矿、金属探伤、医学治疗和科学研究中。在反应堆中，利用中子可以制备种种放射性同位素。还可以用中子射击天然釷，制备裂变原料鈾233。
三、热核反应
重核裂变时可以釋放极大的能量，同样最輕元素的原子核发生聚变时也能釋出极大的能量。但是，一般对“輕的核”来說，需要有100000000°K(一亿度)的温度来引发聚变反应。氩彈就是利用象下列的核反应:
H²+H²=H³+H¹+4.0兆电子伏特
H²+H²=He³+n+3.3兆电子伏特
問題是如何能产生1亿度的温度?如果用一个鈾235或鈈239的 原子彈来引发，那么它只能产生50000000°K(半亿度)。要先把这种普通原子彈来引发下列核反应:
H²+H³=He⁴+n+17.6兆电子伏特
这一个核反应才能产生1亿度，再去引发上列的氘-氘聚变反应。这就是氫彈的作用原理。氫彈不象普通原子彈受到“中肯质量”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。一般在彈中装液体氘，或用Li⁶D固体。
重氩的聚变，在和平利用原子能方面的研究工作，近年也有不少发展。氘不象鈾釷矿石那样，貯藏量有限，因为重水在普通水中含量虽然只有0.015克分子%，但是地球上的汪洋大海就是取之无尽的資源。热核反应的控制問題，将于最近的将来得到解决。总之，原子科学已使人类进入控制自然的一个更高阶段。这正好证实了列宁的預言:“人类的智慧曾揭露了自然界的許多奇迹，并且还将揭露更多的奇迹用来加强人类对于自然的控制”。
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