福岛事故之三俗科普:核电站君的内心故事

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前面的话:本三俗科普系列的写作灵感源自视频“肚子痛的核电站君”

视频地址: http://www.guokr.com/post/20621/

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反应堆是核电站君的心脏,为核电站君提供了源源不断的动力。最近的福岛事故让核电站反应堆背上了潘多拉盒子的称号。对此,核电站君表示不同意,他说:“其实,我的内心不是盒子,它只是一个小小的筷子筒罢了。”

那么这个筷子筒里,到底在发生着怎样的故事呢?

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目前世界上核电站君的心脏都是裂变式反应堆。铀燃料棒像筷子一样被插在压力容器中。在这个筷子筒里还有控制棒、中子源棒等玩意儿。核燃料在它们的配合下默默的发生着裂变反应。将这些裂变反应包裹其中的压力容器外形就像一个园筒,我们所说的反应堆指的就是这么个东西。

在压力容器中,中子源棒自衰变会发出中子,这些中子撞击铀使其裂变成两个中等质量的原子核。这个裂变过程仍然会产生2~3个中子,这些中子经过重重障碍和其它可以接纳他们的吸收物质的诱惑,剩下的部分会继续碰撞其他的铀原子裂变。在核电站君的心脏里,铀与中子这样一次次越过千辛万苦的相逢碰撞,便形成了可持续的链式裂变反应。

裂变产生的两个中等原子核的质量加起来比裂变前的铀原子核质量要小。损失的这部分质量,我们称之为质量亏损△m。对此,核电站君非常骄傲的搬出爱因斯坦大神。大神的相对论里说了:E=△m×C^2!这部分凭空消失的质量——虽然非常的小——于是变成了很大的能量,让木讷寡言的核电站君总是充满活力。这就是裂变核能的来源。

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我们平时控制反应堆的功率,便是控制撞击铀的中子数量,也就是控制中子与铀的约会次数。为此,我们用能吸收中子的控制棒(如Ag-In-Cd合金)和硼酸来实现这一目的。当需要停闭反应堆时,只需要往堆芯插入控制棒或加大硼酸浓度,使更多的中子在投向铀的怀抱之前,便被控制棒或硼酸诱惑走。这样,铀获取的中子会越来越少,其裂变产生的中子也随之减少,链式裂变反应不能自持,这个大筷子筒内便基本恢复平静了。核电站君开始休克模式。

然而,让核工程师头疼的是,即使裂变反应停止,核电站君暂时休克,那么多的裂变产物仍然会自衰变。它们产生的射线电离能量变成热量,使核电站君的心脏仍然滚烫。这是与火电站君最为不同的地方。(火电站君在一旁暗暗感叹:核电站君,你的内心太强大了……)这种严重的心脏疾病表现为:在反应堆停闭时,反应堆的功率仍然高达7%的额定功率;之后的很长一段时间,反应堆甚至仍然会蔫蔫儿的发出1%额定功率的热量,这部分热量无法产生足以推动汽轮机的蒸汽。核电站君并不能依靠它们发挥活力,相反会因为这些热量而毁掉整个筷子筒形的心脏。为了防止核电站君因为这部分热量憋的七窍流血——这是我们都不愿看到的——核设计师设计了余热排出系统来对付这部分宛如鸡肋的热量,保证核电站君的安全。

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这就是核电站君内心的故事。这个勤奋沉默的家伙因为有一颗强大的内心而充满活力,为我们提供可靠的能源;但他严重的心脏疾病却让眼下的福岛成为了全世界的噩梦。

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