“核能超人”轉(zhuǎn)型記

幸運(yùn)兔，你怎么一副心事重重的樣子？

說(shuō)來(lái)話(huà)長(zhǎng)。今年是我國(guó)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(chǎng)硬“核”科普演講比賽，同學(xué)們說(shuō)我是個(gè)小小知識(shí)庫(kù)，一致推舉我代表班級(jí)參賽。

這可是一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，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(kāi)始的應(yīng)用是核武器，但是早在1996年，我國(guó)就向世界宣布暫停核試驗(yàn)，轉(zhuǎn)而將核能、核技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。

核能那么危險(xiǎn)，真的能走進(jìn)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_(kāi)“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(wàn)物都是由小小的原子組成，而原子的心臟—— 原子核里住著強(qiáng)大的“核能超人”！一旦用特殊的方法進(jìn)行召喚，“核能超人”就會(huì)開(kāi)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(gè)重原子核被中子撞擊后，會(huì)分裂成兩個(gè)較輕的原子核，同時(shí)損失部分質(zhì)量。這些質(zhì)量沒(méi)有憑空消失，而是變成了能量。不僅如此，原子核分裂時(shí)還會(huì)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(huì)不斷增強(qiáng)。

根據(jù)愛(ài)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(diǎn)點(diǎn)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(wàn)噸炸藥同時(shí)爆炸。

核聚變：在上億攝氏度的極端高溫環(huán)境下，兩個(gè)或多個(gè)輕原子核融合成一個(gè)較重的原子核，這個(gè)過(guò)程中也會(huì)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(gè)性十分挑剔，只有在太陽(yáng)等恒星內(nèi)部或條件極其“苛刻”的實(shí)驗(yàn)室里，才能一窺其真容。

太陽(yáng)每時(shí)每刻都在發(fā)生核聚變反應(yīng)。

電力全開(kāi)去“上班”

“核能超人”這么可怕，除了軍事領(lǐng)域，好像沒(méi)有其他用武之地。

你可真是誤會(huì)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(wàn)戶(hù)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(guò)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(guò)核裂變反應(yīng)生成熱能。如果說(shuō)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(ài)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(chē)的水燒開(kāi)，而100千克核燃料充分裂變產(chǎn)生的熱量可以將整個(gè)西湖的水煮沸。

清潔：核電站運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生任何溫室氣體，更不會(huì)排放煙塵污染環(huán)境，是一種理想的清潔能源。我國(guó)要實(shí)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(tīng)話(huà)，科學(xué)家們想了各種辦法，設(shè)計(jì)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(guò)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(huì)導(dǎo)致反應(yīng)太過(guò)劇烈甚至爆炸，或太過(guò)微弱直至“熄火”。控制棒由能夠吸收中子的材料制成，通過(guò)移動(dòng)位置可以精準(zhǔn)控制中子的數(shù)量，避免反應(yīng)失控。這個(gè)過(guò)程如同給“核能超人”戴上一個(gè)金箍?jī)海_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(guò)快，它們可能會(huì)與核燃料的原子核“擦肩而過(guò)”，降低反應(yīng)效率。為此，科學(xué)家們?cè)诜磻?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(huì)降低，從而提高核燃料的反應(yīng)效率。

冷卻劑：核裂變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果不及時(shí)排出，可能會(huì)引發(fā)事故。冷卻劑循環(huán)流動(dòng)，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(yùn)行。

第二步：請(qǐng)來(lái)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(shí)的模樣！

沒(méi)問(wèn)題。“核能超人”有三個(gè)得力助手，我?guī)闳フJ(rèn)識(shí)一下。

正在運(yùn)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(mǎn)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(jìn)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(guò)管道涌入汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)葉片飛速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

三回路：通過(guò)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(kāi)始下一次循環(huán)之旅。

第三步：組建安保隊(duì)

怪不得核電站都在海邊安家。不過(guò)，我聽(tīng)說(shuō)核電站是一個(gè)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(lèi)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(shí)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(dòng)插入控制棒、快速“剎車(chē)”的緊急停堆系統(tǒng)，自動(dòng)向反應(yīng)堆注水、快速降溫的應(yīng)急冷卻系統(tǒng)等各類(lèi)安保措施。

中國(guó)第三代核電機(jī)組“華龍一號(hào)”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(shí)抵御內(nèi)部的爆炸和外部的撞擊，還配備了先進(jìn)的非能動(dòng)系統(tǒng)，這樣即便所有備用電源都失效也可以自如應(yīng)對(duì)。

2023年12月，中國(guó)自主研發(fā)的全球首座第四代核電站正式投入商業(yè)運(yùn)行，它被稱(chēng)為“不會(huì)熔毀的核反應(yīng)堆”。因?yàn)楹巳剂媳荒透邷氐奶厥獠牧蠈訉影闪艘粋€(gè)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(shí)，核技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于材料改性、消毒滅菌、無(wú)損檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷治療等眾多領(lǐng)域。想要對(duì)它有更多的了解，就去生活中找一找吧。

（欄目編輯：李瑚）