核反应堆(为什么我不担心日本的核反应堆)

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为什么我不担心日本的核反应堆发布:2011-3-1418:57|发布者:春秋|我在这里写下这些文字，是为了让大家对在日本发生的事情——核反应堆的安全问题，感到放心。事态确实严重，但是已经在控制范围内。这篇东西很长！但是你读完之后，你会比世界上任何记者都明白核反应堆究竟是怎么回事。核泄漏确实已经发生，但是在将来不会有任何显著的泄露。“显著泄露”大概会是个什么程度？打个比方说，可能比你乘坐一趟长途飞行，或是喝下一杯产自本身具有高程度自然辐射地区的啤酒，所受到的辐射要多一些。我读了自从地震发生以来的所有新闻报道。可以说几乎没有一篇是准确或是无误的（当然也可能是因为地震发生之后在日本的通讯问题）。关于“没有一篇是无误的”我并不是指那些带有反核立场的采访，毕竟这在现在也挺常见的。我指的是其中大量的关于物理和自然规律的错误，及大量对于事实的错误解读——可能是因为写稿子的人本身并不了解核反应堆是如何建造和运营的。我读过一篇来自CNN的三页长度的报道，每一个段落都至少包含一个错误。接下来我们会告诉大家一些关于核反应堆的基本原理，然后解释目前正在发生的是什么。福岛核电站的反应堆属于“沸水反应堆”（BoilingWaterReactors），缩写BWR。

沸水反应堆和我们平时用的蒸汽压力锅类似。核燃料对水进行加热，水沸腾后汽化，然后蒸汽驱动汽轮机产生电流，然后蒸汽冷却后再次回到液态，然后再把这些水送回核燃料处进行加热。蒸汽压力锅内的温度通常大约是250摄氏度。上文提到的核燃料就是氧化铀。氧化铀是一种熔点在3000摄氏度的陶瓷体。燃料被制作成小圆柱（想像一下就像乐高积木尺寸的小圆柱）。这些小圆柱被放入一个用锆锡合金（熔点2200摄氏度）制成的长桶，然后密封起来。这就是一个燃料棒（fuelrod）。然后这些燃料棒被放到一起组合为一个更大的单元，然后这些燃料单元被放入反应堆内。所有的这些，就是一个核反应堆核心（core）的内容。锆锡合金外壳是第一层护罩，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。然后核心被放入“压力容器”中，也就是我们之前提到的蒸汽压力锅的比喻。压力容器是第二层护罩。这是一个坚固结实的大锅核反应堆，设计用于容纳一个温度可能达到数百摄氏度的核心。在核心降温措施恢复前，压力容器起到一定的保护作用。一个核反应堆的所有的这些“硬件”——压力容器，各种管道，泵，冷却水，然后被封装到第三层护罩中。第三层护罩是一个完全密封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。

第三层护罩的设计，建造和测试只是为了一个目的：当核心完全熔融时，将其包裹在其中。为了实现这个目的，在压力容器（第二层护罩）的下方，铸造了一个非常巨大厚实的混凝土大碗，这一切都在第三层护罩的内部。这样的设计就像是为了“抓住核心”。如果核心熔融，压力容器爆裂（并且也最终融化的话），这个大碗就可以装下融化了的燃料及其他一切。这个大碗设计成让融化的燃料能够向四周铺开，从而实现散热。在第三层护罩的周围包裹的是反应堆厂房。反应堆厂房是一个将各种风吹雨打挡住的外壳。（这也是在爆炸中被毁坏的部分，我们稍后再说）核反应的一些基本原理铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子，这样就产生热量及中子（构成原子的一种粒子）。当中子撞击另外一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的中子并一直继续下去。这就是核裂变的链式反应。而现在的情况时，当一堆燃料棒凑在一起时就会很快导致过热，然后在45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。制造一颗原子弹实际上是相当困难的（不信你们可以去问问伊朗）。当年切尔诺贝利的情况是，爆炸是由于大量的压力积攒，氢气爆炸然后摧毁了所有的护罩，然后将大量的融化的核心挥洒到了外界（就像一颗“脏弹”）。

这样的情况为什么在日本没有发生，及为什么不会发生，请继续看下面。为了控制链式反应的发生，反应堆操作员会用到“控制棒”。控制棒可以吸收中子，从而瞬间停止链式反应。一个核反应堆是这样设计的：当一切正常运转时，所有的控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量（并转化为蒸汽和电力），并且在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。而挑战在于将控制棒插入并停止链式反应后，核心依然在产生热量。虽然铀元素的链式反应已经停止，但是在铀元素的核裂变过程中会产生一些具有放射性的副产品，比如铯和碘同位素，这些元素的放射性同位素会最终衰变为更小的原子，然后失去放射性。在这些元素的衰变过程中，也会产生热量。因为它们不会再从铀元素中产生（在控制棒插入之后铀元素就停止衰变了）核反应堆，所以它们的数量会越来越少，然后在衰变结束的过程中，大约几天时间内，核心就会最终冷却下来。目前让人头痛的就是这些余热。核反应堆内的第一类放射性物质就是燃料棒中的铀元素，及放射性副产物铯和碘同位素。这些物质都在燃料棒内部。而除此之外，还存在第二类放射性物质，产生于燃料棒外部。而首先需要说明的是，这些外部的放射性物质的半衰期都非常短，这意味着它们会在很短的时间内衰变为没有放射性的物质。

“很短”的意思就是几秒。所以即使这类放射性物质被释放到自然环境中，他们也是毫无危害的。为什么呢？因为大约就你在读完“R-A-D-I-O-N-U-C-L-I-D-E”的这几秒内，这类物质就衰变到完全不具有放射性了。这类放射性物质就是氮-16（N-16），也就是氮气（构成大气的气体之一）的具有放射性的同位素。另外就是一些稀有气体比如氩。但是这些物质是如何产生的呢？当铀原子裂变时，会产生一个中子。大部分的这些中子都会撞击到其他的铀原子由此链式反应就一直持续发生。但是其中的一些会离开燃料棒并撞击到水分子，或是冷却水中的空气。然后，一个不具有放射性的元素就会“捕获”这个中子，并变得有放射性。而就如前文所述，在数秒内它就会衰变到它本来的面目。上面所描述第二类的放射性物质在我们接下来要讨论的核泄露中非常重要。福岛到底发生了什么接下来我会试着去总结目前的主要事实。冲击核电站的地震的威力是核电站设计时所能承受的威力的五倍（里氏震级之间的放大倍数是对数关系，所以8.9级地震的威力是8.2级，即核电站的设计抗震威力的5倍，而不是0.7的差异）。所以我们首先为日本的工程技术水平喝彩，至少一切目前是保下来了。

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