“核能超人”轉(zhuǎn)型記

幸運兔，你怎么一副心事重重的樣子？

說來話長。今年是我國第一顆原子彈爆炸成功60周年。原子彈是一種核武器，學(xué)校因此要舉辦一場硬“核”科普演講比賽，同學(xué)們說我是個小小知識庫，一致推舉我代表班級參賽。

這可是一個難得的機會，你得好好把握，充分準(zhǔn)備！

我當(dāng)然想好好準(zhǔn)備，可是核武器屬于軍事秘密，我去哪里查資料呢？真是愁人。

別擔(dān)心。雖然核能最開始的應(yīng)用是核武器，但是早在1996年，我國就向世界宣布暫停核試驗，轉(zhuǎn)而將核能、核技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域。

核能那么危險，真的能走進我們的生活嗎？

哈哈，這就是你孤陋寡聞了。今天就讓我?guī)憬议_“核能超人”的神秘面紗，看看它是如何完成轉(zhuǎn)型的吧！

“核能超人”小檔案

★居住地：原子核秘境

世間萬物都是由小小的原子組成，而原子的心臟—— 原子核里住著強大的“核能超人”！一旦用特殊的方法進行召喚，“核能超人”就會開始變身，迫不及待地展示自己的能量。

★召喚術(shù)：核裂變、核聚變

核裂變：原子核由質(zhì)子和中子兩種微粒組成。一個重原子核被中子撞擊后，會分裂成兩個較輕的原子核，同時損失部分質(zhì)量。這些質(zhì)量沒有憑空消失，而是變成了能量。不僅如此，原子核分裂時還會產(chǎn)生新的中子，新的中子繼續(xù)撞擊其他原子核引發(fā)連鎖反應(yīng)。這樣，“核能超人”的能量就會不斷增強。

根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程 （ 表示能量， 表示質(zhì)量，c為光速），即便只有一點點質(zhì)量，它包含的能量也是巨大的！原子彈爆炸就是一種核裂變反應(yīng)，它的破壞力驚人，相當(dāng)于數(shù)萬噸炸藥同時爆炸。

核聚變：在上億攝氏度的極端高溫環(huán)境下，兩個或多個輕原子核融合成一個較重的原子核，這個過程中也會損失部分質(zhì)量，從而轉(zhuǎn)化成能量。核聚變召喚出的“核能超人”能量更大！但是它的脾氣特別火暴、個性十分挑剔，只有在太陽等恒星內(nèi)部或條件極其“苛刻”的實驗室里，才能一窺其真容。

太陽每時每刻都在發(fā)生核聚變反應(yīng)。

電力全開去“上班”

“核能超人”這么可怕，除了軍事領(lǐng)域，好像沒有其他用武之地。

你可真是誤會它了。核裂變召喚出的“核能超人”早就走上了工作崗位，向千家萬戶提供熱情的服務(wù)，成為清潔能源領(lǐng)域的佼佼者。

火電廠利用煤、石油等燃料燃燒生成的熱能，再經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能。核電站則是用核燃料代替煤、石油等，通過核裂變反應(yīng)生成熱能。如果說火電廠是一位不怕臟、不嫌累的苦干型勞模，那核電站就是一位能干的環(huán)保型精英，它不僅工作效率高，還十分愛干凈。

高效：核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生驚人的熱量。100千克的煤充分燃燒能將一輛灑水車的水燒開，而100千克核燃料充分裂變產(chǎn)生的熱量可以將整個西湖的水煮沸。

清潔：核電站運行過程中不產(chǎn)生任何溫室氣體，更不會排放煙塵污染環(huán)境，是一種理想的清潔能源。我國要實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，大力發(fā)展核電是一條重要途徑。

第一步：控制暴脾氣

我就納悶了，這位能量爆棚的“核能超人”，是怎么控制自己的暴脾氣的呢？我得向它學(xué)習(xí)。

為了讓“核能超人”乖乖聽話，科學(xué)家們想了各種辦法，設(shè)計了一套控制核能的裝置—— 反應(yīng)堆。它可以控制核裂變的反應(yīng)過程，讓“核能超人”有序釋放能量。

反應(yīng)堆里主要有四種要素 ：燃料棒、控制棒、慢化劑、冷卻劑。

燃料棒：燃料棒內(nèi)裝有可裂變物質(zhì)，如鈾-235，它是能量的源泉。

控制棒：與煤炭的燃燒相比，原子核的“燃燒”困難重重。撞擊原子核的中子數(shù)量不能太多也不能太少，否則會導(dǎo)致反應(yīng)太過劇烈甚至爆炸，或太過微弱直至“熄火”?？刂瓢粲赡軌蛭罩凶拥牟牧现瞥?，通過移動位置可以精準(zhǔn)控制中子的數(shù)量，避免反應(yīng)失控。這個過程如同給“核能超人”戴上一個金箍兒，確保其能量的可控釋放。

慢化劑：除了數(shù)量，中子的速度也需要精確調(diào)控。如果中子速度過快，它們可能會與核燃料的原子核“擦肩而過”，降低反應(yīng)效率。為此，科學(xué)家們在反應(yīng)堆中加入慢化劑，比如水。當(dāng)中子與慢化劑的原子核發(fā)生碰撞，速度就會降低，從而提高核燃料的反應(yīng)效率。

冷卻劑：核裂變過程中會產(chǎn)生大量熱量，如果不及時排出，可能會引發(fā)事故。冷卻劑循環(huán)流動，將反應(yīng)堆中的熱量帶走并散發(fā)到外界環(huán)境中，確保反應(yīng)堆的安全運行。

第二步：請來小助手

士別三日，當(dāng)刮目相看！快帶我去看看“核能超人”工作時的模樣！

沒問題?！昂四艹恕庇腥齻€得力助手，我?guī)闳フJ識一下。

正在運行的大部分核電站使用的反應(yīng)堆是“壓水堆”。反應(yīng)堆里充滿了水，作為冷卻劑和慢化劑，這些水被施加了很高的壓力，在高溫下仍然可以保持液體狀態(tài)而不沸騰，從而得名“壓水堆”。壓水堆核電站一般有三條水回路，它們是“核能超人”的得力助手。

一回路：這是核電站最核心的地方，“核能超人”就在這里工作。它釋放出驚人的熱量，將一回路中的水加熱到300攝氏度以上。

二回路：一回路的高溫高壓水流進入蒸汽發(fā)生器，將熱量傳遞給二回路的水，使水沸騰轉(zhuǎn)化為蒸汽。這股蒸汽通過管道涌入汽輪機，驅(qū)動葉片飛速旋轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。

三回路：通過水泵將海水或河水輸送到冷凝器中，在冷凝器中將二回路的蒸汽冷凝成水，之后將熱量帶出。

將熱量傳遞出去后，一回路的水溫度下降，開始下一次循環(huán)之旅。

第三步：組建安保隊

怪不得核電站都在海邊安家。不過，我聽說核電站是一個大型輻射源，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想！

是的，歷史上的幾次嚴(yán)重核事故給人類敲響了警鐘。為了防止悲劇重演，第三代、第四代核電站采取了更嚴(yán)格的安全措施。

首先是從內(nèi)到外的三道實體屏障。第一道屏障是包裹核燃料的特制金屬管；第二道屏障是包裹著反應(yīng)堆的壓力容器及管道；第三道屏障是包裹著所有反應(yīng)裝置的混凝土安全殼。此外，還有自動插入控制棒、快速“剎車”的緊急停堆系統(tǒng)，自動向反應(yīng)堆注水、快速降溫的應(yīng)急冷卻系統(tǒng)等各類安保措施。

中國第三代核電機組“華龍一號”不僅配備了雙層安全殼（1.3米厚的內(nèi)殼和1.8米厚的外殼），可同時抵御內(nèi)部的爆炸和外部的撞擊，還配備了先進的非能動系統(tǒng)，這樣即便所有備用電源都失效也可以自如應(yīng)對。

2023年12月，中國自主研發(fā)的全球首座第四代核電站正式投入商業(yè)運行，它被稱為“不會熔毀的核反應(yīng)堆”。因為核燃料被耐高溫的特殊材料層層包裹成了一個圓球，最高可承受1620攝氏度的高溫，發(fā)生核泄漏的概率幾乎為零。

在科學(xué)家的引導(dǎo)下，“核能超人”成功轉(zhuǎn)型，成為清潔能源領(lǐng)域的佼佼者。同時，核技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于材料改性、消毒滅菌、無損檢測、醫(yī)學(xué)診斷治療等眾多領(lǐng)域。想要對它有更多的了解，就去生活中找一找吧。

（欄目編輯：李瑚）