核反应原理动画-核反应动画原理演示
核爆炸那一刻,你看到的不是光,也不是热,是物质在瞬间被撕碎、重组、又疯狂炸开的样子。想象一下,一公斤的铀 235,在没被管束的情况下,突然像被推了一脚,冲到了裂变临界点。它不再稳当,像个疯长的草,启动极速分裂。分裂瞬间,原本硬邦邦的中子变成了飞沙走石,释放出的能量把周围的原子核也硬生生掰断了。
这就是链式反应,一个核裂变引发另外两个,两个又引发更多,反应堆里堆满了这些正在互相撞击的疯狂家伙。 这个过程贼快,快到你根本来不及眨眼。铀 235 的原子核一裂开,中间裂出了个空,原子序数变成了 92(铀变成钚)。
这时候,中子会像子弹一样呼啸而出,打中邻居的原子核,邻居接着裂开,再裂开。
要是你管住不好,邻居们如何一碰就裂,反应堆就会变成火球,那就是原子弹。
要是你略微调小一点,邻居们碰一下接着停,辐射就慢慢传出去,这就是核电站。 实际上反应堆里的反应堆堆芯,就像是一个庞大的、永不停歇的微型聚炸。出于随时都有中子撞击,故此堆芯里的温度极高,水一沸腾变成蒸汽,蒸汽推动涡轮机发电。
这时候,你感觉到的实际上是核废热,核辐射实际上是被屏蔽了,主要影响的是周围土壤和空气里的放射性同位素。
不过,要是形成熔毁事故,比如反应堆堆芯温度忒高,燃料棒熔化沉在堆芯底部,那情况就不一样了。
这时候,夹在熔渣里的燃料棒会慢慢变脆,直到在高温下炸裂。 裂变释放的能量里,有物理动能,也就是动能;有化学能,出于原子核的形成需求结合能;还有中微子,它们穿那会儿就走了,仿佛没形成啥。核反应释放的能量比化学反应大得多,出于化学反应只涉及电子层面的变化,而核反应涉及的是原子核质子的结合。铀 235 的原子核里有两个质子和两个中子,它们靠得最近,结合能特别大。当中子打上去,略微有点能量,它们就能破坏掉这种平衡,让原子核变成不稳定的状态,然后分裂,释放出庞大的结合能释放出来。 裂变碎出的中子,能量分布挺广,从几 MeV 到几十 MeV 都有。
这些高能中子就像一群拿着棒球棒的高能球,去打周围的铀 235。
要是周围有一堆铀 235,它们一碰就裂变;要是没有,可能就只是散射,不裂变。
这就是为啥反应堆需求管住棒的铁棒,插进去能挡住中子,插出来能松手放中子。管住棒里装的是镉要么硼,它们能吸收中子,让链式反应停下来。 当中子撞击到铀 235 时,会形成共振峰。
这个峰就像个漏斗,中子越往上,能量越高,被吸收的概率越大,被裂开的概率越高。
故此,反应堆里的中子能量管住挺关键,忒高的中子可能会让反应失控,反而变成钚 241,再裂变,释放更多能量,形成恶性循环。 裂变形成的中子,大局部被原子核吸收了,大局部逃逸出去了。
这就好比洒了一杯水,大局部水都流走了,只有极少数落到池子里。
这就是反应性的定义,反应性取决于中子形成的本事和被吸收的比例。
要是形成的中子多于吸收的中子,反应性就是正的,堆芯温度升高,功率上升;要是形成的少于吸收的,反应性就负的,温度下降,功率下降。 冷却剂和管住棒也是关键。水要么液态金属在堆芯里流动,带走裂变形成的热量。
要是不流动,热量堆积在堆芯里,金属就会熔化。管住棒务必能麻利插入堆芯,吸收富余的中子,让反应麻利衰减。 裂变形成的放射性同位素,大量是裂变碎片,比如碘 - 131,铯 - 137。它们不稳定,持续裂变要么衰变,释放能量和辐射。
这些放射性核素会半衰期挺长,几十年就连上万年还在衰变。
比如碘 - 131,半衰期只有 8 天,衰变挺剧烈;铯 - 137 半衰期 30 年,衰变也慢一些。
这些放射性物质要是泄露到空气中,会通过食物链慢慢累积,最终变成铯 - 137 和钡 - 140 这样的长寿命核素,威胁生态。 故此,核能实际上是个双刃剑。利用裂变,我们发电,但与此同时也形成了放射性废渣。核废料中的放射性同位素,半衰期特别长,治理起来比化学废渣难多了。
要是堆芯熔毁,核岛会报废,整个核电站也得拆掉重建。 反应堆的设计哲学,就是要在利用裂变能量的与此同时,把放射性废料的辐射尽可能降到最低,与此同时保证燃料棒在高温下不熔毁。管住棒要能精确调节,水流要能带走热量。
这就是核反应原理的精髓,也是人类从核能中获益的关键所在。
声明:演示网站所有内容,若无特殊说明或标注,均来源于网络转载,仅供学习交流使用,禁止商用。若本站侵犯了你的权益,可联系本站删除。
