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核聚变电站如果失控,目前研究中的氘氚聚变站潜在的危害,最大的危害就是爆炸后的剩余辐射和氚泄露。
不过目前来说核聚变发电还在研究中,短时间内也不可能实现,主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温,让它产生核聚变,然后利用热能。核聚变发电的最终实现还需很长的时间。现在我们国家目前的发展趋势是:当前发展压水堆,中期发展快中子堆,远期发展聚变堆。
所以,现在核聚变发电还没彻底实现,至于核聚变电站如果失控的问题,也是在研究和探索中。
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既然要讨论核聚变电站,我们就先要了解什么是核聚变?1932年澳洲科学家马克·欧力峰(MarkOliphant)率先发现两个较轻的原子核可以融合为一个较重的核,并且在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量。
按理说两个轻核在发生聚合时会因它们都带正电荷而彼此排斥,但当两个能量足够高的核迎面相遇时,它们之间核力就能够克服库仑斥力而彼此紧密地聚集在一起发生核反应。
上图为核聚变反应图解
其中最具有代表性的莫过于两种氢核聚合形成氦核的聚变反应,我们知道氢元素一共有三种同位素(氕H、氘D、氚T),他们仨最大的不同就是中子数的不同(分别是0、1、2),而后两者就是发生聚变反应的主要反应物,它们可以聚变产生一个氦核和一个中子,并且释放17.6MeV的能量。
按照这个数字我们可能不知道其能量到底有多大,1905年天才爱因斯坦发表了一篇论文,其中有这么一个公式——E=mc²,这里的E就是能量,m代表质量,c则是我们所了解光速(3.0乘10的8次方),也就是说反应中所释放的能量达到其亏损质量的c²倍,这就知道多厉害了吧!
我们的太阳内部就无时无刻的在发生着这种聚变反应。不过由于其反应之快,目前我们还不能加以控制,如果将其约束在一个装置或者区域中,根据人们的意图有控制地产生与进行则可以为人类提供取之不尽用之不竭的能量。
上图为太阳核聚变的三步链式反应
核裂变泄露有多可怕?
了解了什么是核聚变后,我们来看看核裂变,核裂变是目前人类唯一可以控制并利用的核能。我们都知道核电站泄露的危害很大,而核电站的主要原理就是根据核裂变产生的巨大能量发电的,与其相同的还有我们熟知的原子弹。1945年,美军“509小组”向广岛投下了一颗代号为“小男孩”的原子弹,七万平民瞬间死亡,另外还有七万人受伤,几天后,很多幸存者开始脱发、呕吐并伴有辐射导致的紫疮。对原子弹爆炸幸存者的医疗检测也持续至今,其威力我们可想而知。
但是还有比这更厉害的,1986年4月26日凌晨1点23分,苏联的切尔诺贝利核电厂的第四号反应堆发生了爆炸。这次灾难所释放出的辐射线剂量是广岛原子弹爆炸的400倍以上,上万人由于放射性物质的长期影响而致命或患上重病,至今仍有被放射影响而导致畸形胎儿的出生。一个绿色和平组织于2006年4月18日发表报告称,切尔诺贝利核事故导致27万人患癌,因此而死亡的人数更是达到9.3万。该事故也被认为是历史上最严重的核电事故,是首例被国际核事件分级表评为第七级事件的特大事故。
切尔诺贝利4号反应堆爆炸后
除此之外,在切尔诺贝利核事故之后的福岛核泄漏事件也造成了数以万计的损失。2011年3月11日14时46分,日本发生了9.0级大地震,地震造成东北海岸包括福岛第一、第二核电厂在内的四个核电厂共11个反应堆自动停堆,虽然当时应急柴油发电机已经按设计自动启动并处于运转状态,但是地震引发的海啸深入到电厂内部后,还是造成了除一台应急柴油发电机之外的其它应急柴油发电机电源丧失。最终由于机组在堆芯余热的作用下迅速升温,锆金属包壳在高温下与水作用产生了大量氢气,引发了一系列爆炸。
福岛第一核电站
该事故也是第二起在国际核事件分级表中被评为第7级(最严重等级)的核电站事故。
为什么核裂变危害这么大?
16年2月24日,法国物理学家亨利·贝克勒尔通过对各种铀盐的观测,发现了元素的放射性现象——即某些元素的原子通过核衰变自发地放出α射线或β射线(有时还放出γ射线)的现象。
β衰变示意图
而这些射线可以破坏人体的DNA,引起基因突变或者染色体变异,导致人体不能正常运作,使一代甚至几代受害。实际上,所有拥有至少83个质子的原子都有放射性。而核裂变产生的核废料或者说产物一般都在这以上,所以说核裂变的危害是非常大的。
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。
以铀235裂变为例,一个铀235原子受到中子轰击后会*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。
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。
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核聚变电站如果失控不会造成什么重大事故,如果出现失控的现象,会造成核聚变电站停电停机,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,只是设备的损坏会带来巨大的经济损失。当然了假设氢气泄漏然后泄漏的氢气爆炸,那后果就不堪设想了,不过这种可能性不大。
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不会发生什么灾难。核聚变电站相对来讲,已经是很安全的了。
核聚变反应的要求很苛刻,只要没有按照规则做,就达不到核聚变的条件,反应就不会发生。在发生反应的过程中,出现一点的偏差,反应都可能会停止。
所以如果失控,出了偏差,反应基本上就是会停止了,也就不会造成灾难。
只要保证不泄露,就不会有什么灾难。如果万一泄露了,造成了辐射污染,这对外界来说也是有限的,影响不大。
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这个如果失控制,顶多来个爆炸,然后就结束了。要维持聚变反应可不容易的。