【地震特辑】为什么核反应堆不会成为核弹

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日本福岛核电站正在与大范围的设备失效做抗争，而福岛的核辐射水平很有可能达到切尔诺贝利核反应堆事故的水平。但是一场强烈的核爆炸是不可能发生的，知道这点我们就会宽慰许多了。下面是强烈核爆炸不可能发生的原因所在。
链式反应核反应堆和核武器靠的都是链式反应。这种反应需要有裂变物质的参与，这些裂变物质需要在特殊的核反应条件下才能生成，而一旦生成这些裂变物质，它们就会撞击原子核引起其他原子核的裂变。而能在核电厂中使用的裂变原料中只有铀-235是天然的，其余的物质如钚的同位素，都是从这些天然元素中提取出来的。
  h" [/ O+ M. j" I+ j- v那么链式反应是怎么一回事呢？拿铀-235做例子，当一个自由中子与缓慢移动的铀-235发生碰撞后被其吸收，然后铀-235就有可能裂变成2个轻质、快速移动的物质，通常是氪- 92和钡- 141，当然还会放出一些伽马射线。核反应堆然后吸收裂变时释放的能量，其能量是相同质量煤炭燃烧所释放的300万倍。
7 ]5 x  S$ r& {- z8 W' k更重要的是，反应还会生成额外的自由中子。这些自由中子会被其他铀-235吸收然后不断地重复这个过程。这就是为什么天然铀物质中，只有铀-235可以发生链式反应，因为铀-238在这种反应条件下释放的中子，能量不足以与铀-238再次发生反应。
所以只要这个反应能生成多余的中子，链式反应就可以无限的进行下去。通常这些反应能生成不止一个的的中子，所以随着时间的增加反应生成的能量也不断增多。
安全措施为了防止能量过度积聚，核电站需要安装自动防故障系统和亢余系统。这其中最好的一种方法是使用由由硼和镉等材料制成的控制棒，作用就是吸收中子。要是能量过多，只要将这些控制棒插入反应堆内部就可以吸收自由中子了。切尔诺贝利核反应堆发生爆炸的原因之一就是对这些控制棒的处理不适当。
在切尔诺贝利事故中，自动防故障系统和亢余系统都失效了，三哩岛事故则是部分失效，而日本的情况则与三哩岛的相似。要是这些系统失效了那影响可就大了，这些影响中最严重的莫过于核芯熔化了。核芯熔化会破坏周围的安全保护建筑，并将大量的核辐射物质释放到环境中。
; Y, C* I/ _8 c9 N3 d4 C% l7 `核芯熔化很显然对环境的影响是长远且恐怖的，但是一场核爆炸的影响又如何？核反应堆释放的能量能与投向广岛和长崎的原子弹相比么？还有，切尔诺贝利反应堆最后确实是爆炸了不是么？其实上述两个问题的答案都是：否。
核反应堆的核爆炸是不可能的，而切尔诺贝利反应堆的爆炸其实只是蒸汽爆炸。
5 j9 l/ N: B* ~: Q* B为了回答这些问题，我们还得了解下核反应堆和核武器的区别。
我们大概都觉得核反应堆最常用的燃料就是铀，严格的说这不能算正确。天然的铀对核反应堆来说是完全没有利用价值的，更不用说核武器了。这是因为天然铀的99.3%由铀-238组成，其中只有0.7%是铀-235，而只有铀-235才能够被用于核反应堆中。
4 }$ |% a( V+ X+ d, Q所以我们要想将铀用于核反应堆中，我们需要先对铀进行浓缩。丰度低于20%的我们称之为低浓缩铀（丰度：存在于自然界的某一元素的某种同位素量，通常以占该元素的所有同位素总量的百分数表示）。核电站只需要丰度为3%-4%的低浓缩铀，而核武器则需要能产生核爆炸的高浓度铀。高低浓度铀的界限是20%，而大多数核武器的铀丰度需达到80%-95%。投在广岛的原子弹的铀丰度为80%。
4 w- M  j! q5 f, o& y1 B" {3 q那么低浓度铀和高浓度铀的区别又是什么？为什么低浓度铀不能产生比高浓度铀能量低的爆炸呢。要回答这个问题，我们就得引入另一个常常被提及的名词：临界质量。这个词就是指裂变物质在规定条件下实现自持链式反应所需要的最小量。而超临界质量就是有足够的裂变物质，所以链式反应会加速。
设计核武器时我们希望在一场毁灭性的爆炸中，核武器能释放出所有的能量。因此核燃料需要与裂变物质紧密的包裹在圆形球体中。这就与反应堆核芯的设计大不相同了，设计反应堆时，我们希望能量的释放是稳定可控的，就算是核芯熔化所形成的密度都达不到核武器所需要的密度。而反应堆核芯的几何状排布也使得密集度变低。
/ S( C- M  V3 \- x  u+ @3 e我们为什么要谈及此事？此文的目的不是想最小化反应堆事故的危险。大家熟知的切尔诺贝利核芯熔化对环境造成了巨大的影响，相邻的小镇普里皮亚特在事故后的25年内都无法居住。我们目前还不知道日本福岛的情况有没有切尔诺贝利那么严重。但是我们需要在这种核威胁的言语浪潮中保持理性，了解一些有关的科学知识，不该随波逐流跟着谣言走。
来源: gizmodo
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