核聚变电站如果失控,会发生什么样的灾难呢？( 五 ) _经验知识

现在我们知道了核裂变的危害之大。那么核聚变和核裂变到底有什么区别呢？
顾名思义。核裂变就是由一个原子核分解为多个原子核的反应。最早由莉泽·迈特纳、奥托·哈恩、弗里茨·施特拉斯曼及奥托·罗伯特·弗里施等科学家在1938年发现。虽然这听上去很简单。但是真正想实现瞬间产生巨大的能量可不简单。因为这需要大量的原子核发生自发裂变即产生链式反应。

文章插图
以铀235裂变为例。一个铀235原子受到中子轰击后会分裂为钡141和氪92 。同时释放出2-3颗中子。要想实现大量铀核裂变就要利用这些释放的中子。使其继续轰击其他铀核。而只有将裂变的快中子用减速剂减速成慢中子。那样铀235才会持续裂变。并在极短的时间内产生巨大的质量亏损释放能量。

文章插图

文章插图
从控制角度来讲。铀235吸收中子裂变这一过程是不需要能量的。并且中子能量越低越容易发生裂变。而由氘(D)和氚(T)发生的聚变反应就不同了。因为这需要极高的能量。能量不够是没办法发生反应的。比如太阳内部的聚变反应就是因为其表面的高温及内部的超高压力起到重要作用。在我们地球表面无法达到太阳内部那样的压力。就只能提升温度来达到点火要求。一般这需要上亿摄氏度。
从环境角度讲。核裂变所需要的铀元素在地球上有限。而核聚变的主要原料氘和氚从海水中就可以提取。每1升海水提取的氘聚变产生的能量就相当于300升汽油。并且前者产生的放射性极强。安全隐患大。不过核聚变也不是一点缺点没有。后面会讲到。
从能量角度讲。通过核聚变获得的能量要比核裂变更容易。燃烧一公斤氘相当于四公斤铀。还相当于七千吨汽油或一万吨煤。

文章插图
其实缺点就一个——反应条件苛刻！前面已经说了。在地球上要想实现可控核聚变。就要达到上亿度才能点火。可是这种温度下真的是不好控制。一般有两种方式:
1.惯性约束
惯性约束就是指利用高功率物质(比如激光、电子束、离子束)来点燃少量的热核燃料。使它在惯性约束的情况下达到点火条件。地球上首个从热核聚变获得能量的就是用的惯性约束—氢弹。因为氢弹是靠原子弹引爆的。而原子弹起爆要达到一个临界值。瞬间产生巨大的能量。
因为激光技术能产生聚焦良好的能量巨大的脉冲光束。所以我国的神光装置以及美国的国家点火装置都采用这种核聚变约束形式。

文章插图
2.磁约束
除了上面的惯性约束外。还有一种成熟的技术——磁约束。1954年。苏联库尔恰托夫研究所率先发明出一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器——托卡马克。1968年第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上。阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度1keV(1100万摄氏度左右) 。这一结果。轰动了全球。

文章插图
托卡马克的核心是一个真空室。进行核聚变时要先抽出真空室里的空气和杂质。接着给能够限制、控制等离子体的磁体系统充电。并引入气态燃料。

文章插图
当真空室内达到超感的压力和温度时。里面的气态氢燃料就会发生电分解。并形成等离子体。之后温度达到1.5-3 亿摄氏度时粒子便克服碰撞时的自然电磁排斥力进行融合。释放大量能量。所以磁约束也是当时乃至目前实现可控核聚变最有希望的途经。目前的核聚变电站还正在建设中。那么如果核聚变电站失控会不会带来什么灾难呢？答案是不会的！甚至连爆炸可能都不会。如果出现失控的现象。可能就直接造成核聚变电站停电停机了。因为核聚变电站失控时是无法发生反应的。也就不会出现能够造成灾难的机制了。