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深度剖析|核能——人类解决能源问题的唯一出路

2016-05-11 15:27来源:麻省理工科技评论关键词:核能核电项目核电建设收藏点赞

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2、燃耗,即消耗的重金属的质量与重金属初始质量的比值:ΔMhm/Mhm0。之前提到过反应堆里面实际上在同时进行两个反应,一个是易裂变核素(铀-235和钚-239)消耗分裂成较轻的原子核并且放出能量,另一个则是铀-238受到快中子轰击最终生成钚-239的增值反应。

两个反应对核燃料的富集度的影响一个减少,一个增加。而当增值速度赶不上裂变速度时,富集度会慢慢低于临界值,最终链式反应会自动终止。目前的普通核反应堆的燃耗在5%左右,这就意味着将近95%的核燃料又将变成核废料,并且这次不是贫铀废料,而是高放射性,并且不断放热。

因此这些核废料的处理成本将更高——不但要长期妥善保存(半衰期高达十几万,甚至上百万年),防止泄露,同时还必须不停地为它们降温。从结果看,核能一方面是十分“节约”燃料的,另一方面又是极其“浪费”燃料的,生产的时候丢弃85%,燃烧的时候丢弃95%,核能的超强“造废料”能力也成了反核人士的最主要诟病对象。

 

海量的核废料(图片来源ezycopter.powweb.com)

3、中子慢化剂(Neutron moderator),这个也有叫中子减速剂的,但是无论如何,望文生义,就是让中子变慢的一个东东,而且是大幅度变慢,要让中子从快中子(1MeV)减速到热中子(0.025eV),两者的速度相差2万多倍。为什么要这么做呢?

这里其实就是不同原子核的俘获截面的问题(absorptioncross section),这个所谓的截面,说白了就是一个俘获中子的概率,截面大时,俘获概率就高。铀-238对快中子的俘获截面大,而铀-235对热中子的俘获截面大,换句话说,增值反应就需要快中子,而链式反应的维持,则需要热中子。对于维持一个反应堆持续工作,首先考虑的是维持链式反应的进行,所以到目前为止,地球上绝大多数反应堆都使用了慢化剂。

那么哪些东西可以做慢化剂呢?最常见,也是用的最多的就是水。

从性能来说,水价格低廉,慢化效果好,但是水对中子的吸收截面较大(就是说部分中子给水“没收”了),因此以水为慢化剂的反应堆都需要一个比较高富集度的核燃料。而把水浇到核燃料上的感觉,像极了把汽油浇到火星上,瞬间就可以燎原了。同样,一旦发生了问题,比如反应堆温度过高,那么水就会被蒸干,这样在没有慢化剂持续提供热中子的情况下,链式反应就自然终止了,这整个过程被称作所谓的负反馈机制。

原标题:核能是人类解决能源问题的唯一出路
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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