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再生系數(shù)與臨界狀態(tài)

  為了進(jìn)一步說明問題,我們先了解兩個(gè)基本概念。一是再生系數(shù),我們把某代中子數(shù)對于上一代中子數(shù)之比稱為再生系數(shù),用K來表示。如果裂變產(chǎn)生100個(gè)中子(第一代中子),經(jīng)過慢化再引起下一次裂變,若產(chǎn)生102個(gè)中子(第二代中子),那些,再生系數(shù)K=1.02。二是臨界狀態(tài),把K=1需要的最小的裂變?nèi)剂蠑?shù)量叫做臨界質(zhì)量。當(dāng)K=1時(shí),中子數(shù)保持不變,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可繼續(xù)進(jìn)行下去每秒鐘內(nèi)發(fā)生恒定的裂變數(shù),每次裂變放出的能量也一定,這表明反應(yīng)的功率保持一定水平不變。當(dāng)K>1時(shí),中子數(shù)越來越多,功率在增加,這個(gè)狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。當(dāng)K<1時(shí),中子數(shù)越來越少,功率也在下降,直到停堆,這種狀態(tài)稱為次臨界狀態(tài)。

  作為核電站反應(yīng)堆的工作主要是上述的三種狀態(tài)。K=1的臨界狀態(tài)是預(yù)先設(shè)計(jì)所希望的。K<1的次臨界狀態(tài),會造成停堆,自然沒有什么危險(xiǎn)性。有危險(xiǎn)性的主要是超臨界狀態(tài)。

反應(yīng)堆內(nèi)的壓力容器及構(gòu)件  當(dāng)再生系數(shù)K>l.0065時(shí),反應(yīng)堆的功率會急劇上升而難以控制。這種狀態(tài)稱為瞬發(fā)臨界。這在運(yùn)行中是必須避免的。一個(gè)超瞬發(fā)臨界的反應(yīng)堆和原子彈是大不相同的。因?yàn)樵跊]有約束的情況下,當(dāng)功率上升,產(chǎn)生大量的熱能時(shí),熱膨脹和機(jī)械解體就會使核燃料迅速分散,整個(gè)反應(yīng)堆很快降到次臨界狀態(tài)(K<1)。所以絕不會發(fā)生像原子彈爆炸甚至化學(xué)炸藥爆炸那樣的事件,但可能發(fā)生一回路蒸汽爆破和大面積放射性污染。這仍然是非常嚴(yán)重的事故。

  反應(yīng)堆內(nèi)積累的裂變產(chǎn)物,是反應(yīng)堆潛在的主要危險(xiǎn)。它所包含的200多種放射性同位素,放射性強(qiáng)度都很大。例如,一座10,000千瓦的反應(yīng)堆運(yùn)行三個(gè)月后,它積累的裂變產(chǎn)物的放射性,在停堆24小時(shí)后測量,約相當(dāng)于10噸鐳,或 1,000萬居里。如果地面污染 0.2居里/米2,居民就要立即撤離,如果地面污染10-3居里/米2,就長期不能種莊稼或放牧,由此可見,這種潛在的危險(xiǎn)性是多么大。如果這樣大量的放射性全部擴(kuò)散到環(huán)境中去,周圍的居民將受到強(qiáng)烈的照射,其后果也是極為嚴(yán)重的。因此,核電站的主要危險(xiǎn)來自可能導(dǎo)致大量放射性物質(zhì)逸散的重大事故。

  反應(yīng)堆的安全性包含有兩方面內(nèi)容,一是反應(yīng)堆固有的安全性,二是為了反應(yīng)堆的正常運(yùn)行和安全而引入的控制系統(tǒng)和防護(hù)措施。

核電站與原子彈  反應(yīng)堆的固有安全性

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