什么是核裂变(核裂变是什么反应)

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什么是核裂变(核裂变是什么反应)

最近HBO出了一部关于《切尔诺贝利》的电视剧,引起了很不错的反响,豆瓣评分甚至一度达到了9.6分。

切尔诺贝利到底发生了什么?

那切尔诺贝利到底发生了什么?今天,我们就聊一聊切尔诺贝利。

切尔诺贝利到底发生了什么?

切尔诺贝利

切尔诺贝利是一个很典型的核电站,主要的原理就是核裂变反应。那什么是核裂变呢?

很多人脑海当中一般会想到原子弹。

切尔诺贝利到底发生了什么?

不过,这只是当作武器用,其实核裂变还能为人类活动提供大量的能量。

我们就拿铀-235来举例子,如果我们用一个中子快速轰击铀-235 的原子核,就会分裂出钡和氪,并且释放出2-3个中子。

反应后的物质总质量小于反应前,损失的质量都转化为了能量,根据质能方程E=MC^2,我们可以算出,释放了约 200 兆电子伏的能量。

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释放出来的中子还可以继续轰击其他铀-235,引发一系列的核裂变反应,这被称为链式反应。

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那核裂变反应有多剧烈呢?

这么说吧,仅仅一克的铀-235,如果完全裂变,产生的能量相当于20吨TNT炸药,足够把120米范围内的建筑物炸毁。

核反应堆

而切尔诺贝利其实就是依靠着核裂变反应来提供能量的核电站。其中主要的装置就是核反应堆。那核反应堆是如何提供电能的呢?

这就要从核反应堆的结构说起,我们都知道核裂变会释放大量的能量,如果往里灌冷水,冷水会被提高温度,直到形成水蒸气,水蒸气从出口排出后,经过汽轮机,水蒸气变成液态水,同时带动着汽轮机转动,这样就可以实现供电。

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整个过程,核裂变释放的能量经由水和水蒸气的状态变化来实现汽轮机的转动,进而提供电能。

但总得控制反应堆的反应速率,科学家想到的办法其实就是控制中子数的含量。如果中子数变少了,核裂变反应自然就减小了。而反应堆的控制棒可以吸附中子,也就是说,我们通过控制插入控制棒的数量,来控制反应速率,插入反应棒的越多,反应速率也就越慢。

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那切尔诺贝利为什么会发生事故呢?

操作失误

切尔诺贝利的事故和工程师的操作有很大的关系。当时一直都有计划做“断电测试”,意思是如果万一发生了断电,如何能保持电力的供应?

科学家想到的办法是利用柴油发电机,不过启动柴油发电机是需要大概1分钟,所以得保证在断电后1分钟内还能继续提供电力。科学家发现其实核裂变反应还会有余热,可以依靠惯性,继续驱使汽轮机继续运转,提供电力。

于是,他们从1982年开始试验,前三次都失败了。1986年4月26日开始进行第四次试验。首先要模拟断电,所以就要把反应堆的输出功率调低。

结果在这个过程中,反应堆里产生了衍生物氙-135,它可以持续吸收中子,这使得核反应堆的反应速率进一步降低,这个现象称为“反应堆毒化”。

为了提升反应速率,工作人员想到的是把控制棒拔出来。不过按照安全规范,在紧急情况下仍需要至少28根控制棒才能保证安全。但他们只保留了18根。也就是说,在这个时候,只要有一点扰动,便有可能发生爆炸。

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结果很不幸,由于后面一系列的误操作,最终发生了爆炸。应该说,原本是一个小小的失误,却引发了巨大的灾难。

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真的可以埋葬过去?

事故发生后,第一时间赶来救援的是消防大队,但他们被告知这是一场普通的大火。结果因为辐射过量,2个人当场死亡,其余的28名消防员也因为过量的辐射,没多久就全部牺牲了。

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损毁的反应堆炉心当时还有1200吨的燃料在燃烧,辐射粒子进入大气,随风飘散。这对周围的环境造成了很大的影响。

所以,首先要控制住火势。苏联政府派出了300架直升飞机,往反应堆里投混合硼酸的沙包,一共投了600吨,才把火势控制住。但其中27人几天后就因为辐射过量而死亡。

虽然控制住了火势,但并没有遏制住核污染的扩散和核威胁。尤其是先前消防队为了灭火喷洒了大量的水,这些水都积在反应炉底下,如果融化的铀和石墨遇到水,那就会发生大爆炸,科学家估算,如果这些铀全炸了,那整个欧洲都会被夷为平地。

于是,消防员冒死进入现场,把水都抽干,最后这些消防员全部都牺牲了。除此之外,苏联政府还出动了直升机投掷了2400吨铅块,这样才把火给熄灭了。但是铅遇到热会溶解,人吸入铅就会中毒,所以这些飞行员也全部牺牲了。

这也只是解决了核威胁,至于核污染,最大的问题是担心会渗透到地下,污染地下水。于是,政府调来10000名矿工,挖出了深达150米的地道,到炉心再挖开周边30米,注入了大量的冷却剂,然后围上了一层水泥墙。日后,这些矿工中的1/4没有活过40岁。其他活下来的,基本都是百病缠身。

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紧接着,苏联在爆炸的反应堆周围建起了一个长170米,宽66米的钢铁石棺,把整个反应堆给封死了。

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但这还没有解决空气中的污染物,苏联政府派出直升机喷洒名为“波泡”的液体,这些液态可以和辐射物混合称为“灰泥”落到地面上,然后再找人来清理这些“灰泥”,而清理这些“灰泥”调用了10万的后备军人和40万的平民。这些人最后基本上不是早亡,就是身体残疾。

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在如此惨烈的挽救之下,才把这次事故的局面稳定下来。因为挽救局面,苏联投入了大量的人力和财力,最终也导致了苏联的解体。

不过当年的石棺只有30年的寿命,也就是说到了2006年,这个石棺就没有办法再封死事故现场了。而苏联已经解体,切尔诺贝利如今是在乌克兰境内,乌克兰并没有经济能力再造一个石棺。

而铀的半衰期是24000年,也就是说辐射量减少一半需要24000年。如果放任不管,那对整个世界都是一个很大的威胁。

后来在全球多个国家的一起努力之下,重新建造了一个新的石棺。

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如今的切尔诺贝利

前几年科学家重返了切尔诺贝利的隔离区。原以为这里会死气沉沉,即使有动物,也会是那种受到辐射的畸形的动物。

可万万没想到,隔离区已经成为了野生动物们的天堂,虽然这里的动物要饱受辐射之苦,但比起人类对他们的伤害,辐射根本算不上什么,所以这场事故对它们而言,反倒成为了好事。

切尔诺贝利到底发生了什么?

在隔离区,再度出现或被引入的动物有:

山猫、猫头鹰、大白鹭、天鹅、棕熊、欧洲野牛、蒙古野马、獾、河狸、野猪、鹿、麋鹿、狐狸、野兔、水獭、浣熊、狼、水鸟、灰蓝山雀、黑松鸡、黑鹳、鹤、白尾雕。

可以说是生机盎然。

切尔诺贝利到底发生了什么?

你看,对于动物来说,人类可能比核武器还可怕。

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