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中子链式裂变反应,释放能量的同时,也会产生新的中子。新的中子又会引起新的裂变,从而使裂变反应持续进行。那么,反应堆内的中子数是否会越来越多呢?
中子被称为核反应堆的“灵魂”,也是核能安全研究的“源头问题”。
在反应堆中,中子撞击原子核引起原子核裂变,裂变的过程释放出能量,同时又产生了新的中子。新产生的中子引起新的原子核裂变,裂变反应连续不断地进行下去,同时不断产生新能量,这个过程就是链式核裂变反应。
由于每次核裂变可释放出2~3个新的中子,因此,只要条件适当,这些新的中子就可以使其它的原子核发生新的裂变,释放出更多新的中子,从而使核裂变反应持续进行下去,形成链式裂变反应,使原子核内的能量被源源不断地释放出来。
那么,反应堆内的中子数是否会越来越多?
其实,这个问题的答案取决于中子在反应堆中的命运。如果把中子和核燃料原子核的撞击比喻成男性和女性的结合,那么这个问题就变得非常简单:
第一种,中子与核燃料家族结婚生子,完成家族使命。
第二种,虽然顺利结婚,可却想当丁克族。
第三种,部分中子没有从一而终,而是转去追求其它女性。但是,核燃料家族以外的女性却因身体原因而不孕不育。
第四种,部分中子只想当个快乐的单身汉,没事出去晒晒日光浴,生活自由自在。
中子追求核燃料家族的4种命运,带来了中子在反应堆中的四种结果。
第一种,顺利结婚生子,指的是中子顺利与核燃料的原子核发生核裂变反应,释放新的中子和能量,这个过程叫裂变。裂变释放的能量是核电发电的能量来源。
第二种,当丁克族,指的是中子跟核燃料的原子核发生作用,不触发核裂变,只是被核燃料原子核吸收。
第三种,不孕不育,指的是中子会被反应堆内的其它物质吸收。因为反应堆内部结构是很复杂的,除了核燃料之外,还有其它的一些物质,比如结构材料、冷却剂、吸收剂等。这些物质也会吸收中子,但不能触发裂变反应。
第四种,单身汉,指一部分中子会从堆芯中泄漏出去,不与堆芯中的任何物质起作用。但这些中子会与堆芯外的物质起作用,阻止其向外部环境扩散。此类中子数量极低,基本可忽略不计。
从以上的过程可以看出,中子在反应堆中除了触发核裂变反应外,还有相当一部分中子会由于其他原因消耗掉。因此,反应堆内中子的变化不一定是越来越多,而要看具体情况而定。反应堆正常运行期间,堆内的中子数量应该保持稳定,这样反应堆才可以维持恒定的功率。
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