科技化時代的*核能*認識(二)

精密的物理檢測表明對於質量數偏低的原子，核子平均結合能（比結合能）隨著質量數的增大而增大，而在鎂和鐵之間達到最大，之後便隨著質量數的增大而減小。因此可以得出，當重原子裂變成兩個或多個原子時，生成原子的結合能總和會大於原來重原子所具有的結合能，此間的差值便會以熱能的形式釋放出來，這便是核裂變反應。反之，當幾個輕原子結合，合成原子的結合能大於原本所有原子結合能之和，這便是核聚變反應放出能量的來源。

核能因為其巨大的能量具有強大的應用潛力但同時如果應用不當，落入反和平人士手中，其高強度能量卻有可能變成全人類的災難。核能一直備受抵制卻不可替代。

核能的應用主要集中在三種形式：核武器。／核電廠。／小型核能動力裝置。

核爆炸是劇烈核反應中能量迅速釋放的結果，可能是由核裂變、核聚變或者是這兩者的多級串聯組合所引發。儘管迄今為止幾乎所有的聚變核武器都是以裂變裝置作為基礎的，但實際上純粹的兩者融合設備仍是一個假想。

除空爆之外，大氣層內部的核爆炸通常都伴隨著蘑菇雲的產生。核爆炸會產生大量的放射線和放射性污染。

眾所周知的，在戰爭史上，只有美國的兩個核武器在二戰末期被用於對日本實戰。槍式裝置鈾彈「小男孩」爆於廣島，內爆式鈈彈「胖子」炸於長崎。

核試驗即用來測試核武器效果、爆炸能力等的試驗。

核反應產物--FP(en) （LLFP(en)） · AP(en) · 錒系元素：（再處理鈾(en) · 反應爐級鈈(en) · 次錒系元素 (en)）

處理方法--燃料循環 · 乏燃料 · （乏燃料池 · 乾式貯存桶(en)） · HLW(en) · LLW(en) · 處置(en) · 再處理(en) · 遷變(en)

核反應爐（Nuclear Reactor）是一種啟動、控制並維持核裂變或核聚變鏈式反應的裝置。相對於核武爆炸瞬間所發生的失控鏈式反應，在反應爐之中，核變的速率可以得到精確的控制，其能量能夠以較慢的速度向外釋放，供人們利用。

核反應爐有許多用途，當前最重要的用途是產生熱能，用以代替其他燃料加熱水，產生蒸汽發電或驅動航空母艦等設施運轉。當前全部商業核反應爐都是基於核裂變的，其裂變產物可以生產核武器之中使用的鈽。

和傳統的熱電站一樣，核電廠也是通過蒸氣機驅動發電機發電。但是在核電廠裡，熱能是由核裂變的碎片的反衝能轉化而來的。法國是應用核反應爐發電較為廣泛的國家之一。

隨著石油和煤炭資源日漸稀缺，核能發電開始受到重視。但是同時，處理核能發電產生的放射性廢物、高昂的建造及安全成本成為核能發展的障礙，而擔憂車諾比事件和日本福島第一核電廠事故再次發生則是最主要的心理及社會障礙。

核裂變--當一個原子數較高的核子（例如U-235或Pu-239）吸收一個中子，會形成一個激發態的核子，然後裂變為兩個或更多個輕核。釋放出動能，伽瑪射線和若干個中子，統稱為裂變產物。其中有些中子可能被下一個重核吸收，引發下一個裂變反應，釋放出更多的中子，依此類推。這個反應就是鏈式反應。但是動量太高的中子不容易被重核吸收，需要慢化劑來減速中子。而太多中子會使反應過快失去控制，我們可以用一些對中子吸收截面較大的核素來吸收中子抑制鏈式反應。通過中子減速劑與吸收劑，來增加和降低反應速率以控制反應爐的輸出功率。

一般常用的中子慢化劑有輕水（即H2O）（世界上75％的反應爐用水做慢化劑），固體石墨（20％）（車諾比電廠為著名的例子）和重水（即D2O）（5％）。在一些實驗堆中，甲烷和鈹也被用來做慢化劑。

熱能的產生--在反應爐裡，熱能主要有以下幾個來源：

1.反應碎片通過和周圍原子的碰撞，把自身的動能傳遞給周圍的原子。

2.裂變反應產生的伽瑪射線被反應爐吸收，轉化為熱能。

3.反應爐的一些材料在中子的照射下被活化，產生一些放射性的元素。這些元素的衰變能轉化為熱能。這種衰變熱會在反應爐關閉後仍然存在一段時間。

4.1千克235U完全裂變得到的熱能等於3千噸煤燃燒所釋放的能量。

在反應爐裡，一般用水做冷卻劑（輕水或重水），也有用氣體，融鹽或是熔態金屬的。冷卻劑通過泵浦在爐心裡循環流動，同時把通過裂變產生的熱傳遞出來。一般的反應爐的冷卻系統和熱機是分開的，例如壓水堆。也有的反應爐，蒸氣是有反應爐直接加熱得到的，例如沸水堆。

反應爐的輸出功率，或者說反應率，是通過控制爐心內的中子密度和能量來控制的。

控制棒由熱、中子強吸收材料做成。如果有很多的中子被控制棒吸收，就意味著就少一些中子引發鏈式反應。因此，把控制棒插入爐心，將會減慢反應速率，降低輸出功率。相反，將控制棒抽出，鏈式反應的速率將會增加，輸出功率也會增加。

在一些反應爐裡，冷卻劑同時也起慢化的作用。慢化劑通過和快中子的碰撞，吸收中子的能量，使快中子能量降低，成為熱中子。而熱中子引發核反應的截面更大些。因此慢化劑密度高，將會增加反應爐的功率輸出。而溫度高，冷卻劑的密度會降低，慢化作用降低，反應速率下降。另一些反應爐裡，冷卻劑會吸收中子，起到控制棒的作用。在這些反應爐裡，可以通過加熱冷卻劑來提高反應爐的功率。

反應爐都有自動和手動的系統來防止意外事件的發生，當出現意外事件時，將有大量的中子強吸收材料注入，使反應爐關閉。

發電--由鏈式反應釋放出的能量通過冷卻劑傳導出來，加熱水，產生蒸氣，推動發電機發電。(續)

 

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）內的小型研究型核反應爐CROCUS的爐心