反应堆与核电站

原子核的链式反应也可以在人工控制下进行。这样，释放的核能就可以为人类的和平建设服务。其实，在第一个原子弹制成以前，科学家们已经实现了核能的可控释放。1942年，美籍意大利物理学家费米就主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。

图是当前普遍使用的“热中子（慢中子）”核反应堆的示意图。

实际上，中子的速度不能太快，否则会与轴235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。但是，核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速。为此，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子能量减少，变为慢中子。常用的慢化剂有石墨、重水和普通水（也叫轻水）。

为了调节中子数目以控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒。镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些。这种镉棒叫作控制棒。

☞热中子反应堆的核燃料是铀棒，成分是天然铀或浓缩铀（铀235的含量占2％～4％）。

核燃料发生核裂变释放的能量使反应区温度升高。水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。

☞重水是两个氘原子与一个氧原子形成的化合物，它的化学性质与普通水相同，但分子质量比普通水的大。

如图，

反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电。这一部分的工作原理跟火力发电站相同。

第一回路中的水被泵压入反应堆，通过堆芯时核反应放出的热使水的内能增加，水温升高，进入热交换器后，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回反应堆里。

在热交换器内，第二回路中的水被加热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。

在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于10t标准煤完全燃烧放出的热。一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30t左右的浓缩轴，而同样功率的火电站，每年要烧煤2.5×10⁶t！

建造核电站时需要特别注意防止放射线和放射性物质的泄漏，以避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染。为此，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核反应堆中的核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。

核聚变

两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变（nuclear fusion）。如图，

一个氘核与一个氚核聚合成一个氦核的同时放出一个中子，释放17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。这时的核反应方程是