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快中子增殖反應堆與常規核電站有何不同?

紐約州阿默斯特 MJW 公司的資深健康物理學家 P. Andrew Karam 解釋說

除了像常規核電站一樣發電外,快中子增殖反應堆還利用所謂快中子生產比其消耗量多達 30% 的燃料。


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核反應堆透過裂變產生能量,裂變是原子核分裂成兩個或多個較小原子核的過程。在裂變過程中,少量質量轉化為能量,反應堆透過受控鏈式反應來利用這種能量;當鈾核分裂時,它會產生兩個或多箇中子,這些中子會被其他原子核吸收,導致它們也發生裂變。隨著更多中子依次釋放,就會發生連續裂變。裂變產生具有高能量的中子,這些中子移動速度極快。這些快中子不能有效地引起裂變。為了維持反應,大多數反應堆使用慢化劑(通常是水或氦)來減慢中子速度,使其達到最佳能量。

相比之下,快堆使用效率較低的冷卻劑,例如液態鈉,因此中子保持高能量。儘管這些快中子不太擅長引起裂變,但它們提供了一個額外的好處:它們很容易被同位素鈾 238 捕獲,然後變成鈽 239。某些反應堆設計最大限度地提高鈽的產量,以用作燃料或生產核武器;能夠生產比消耗更多燃料的反應堆稱為增殖堆。它們透過利用自然界中鈾 238(不易裂變)相對於鈾 235(容易裂變)的天然優勢來實現這一點。

商業核反應堆通常使用已濃縮的鈾燃料,使其鈾 235 的含量高達 8%。儘管這種少數同位素完成了大部分裂變以產生能量,但燃料中的大多數原子是鈾 238——潛在的未來鈽 239 原子。

鈽 239 碰巧比鈾 235 更容易裂變,但這種裂變會降低燃料中鈽的含量。這就是為什麼許多增殖反應堆是快堆的原因。快中子非常適合鈽的生產,因為它們很容易被鈾 238 吸收以產生鈽 239,但與慢速中子相比,引起的裂變更少。

在核反應堆中製造額外的燃料並非沒有顧慮:產生的鈽可能會導致核擴散,而鈽提取所需的燃料後處理會產生放射性廢物,並可能導致高輻射暴露。由於這些原因,吉米·卡特總統於 1977 年在美國停止了這種後處理。今天,只有印度、俄羅斯、日本和中國擁有執行中的快中子增殖堆計劃;美國、英國、法國和德國實際上已經關閉了他們的計劃。

下雨時蝴蝶做什麼?

馬里蘭大學昆蟲學教授 Michael Raupp 提供了這個答案

蝴蝶在雨中最終所做的事情是躲避雨水。暴風雨絕非小事——對於一隻 500 毫克的帝王蝶來說,被 70 毫克的雨滴擊中,相當於你我被質量是小保齡球兩倍的水球擊中。

暴風雨也可能阻礙蝴蝶的移動性。在準備飛行時,這些空中雜技演員會將翅膀暴露在陽光直射下,陽光會迅速溫暖它們的飛行肌肉。陰沉的天空阻擋了它們起飛所需的太陽輻射。

因此,當天空變暗時,蝴蝶會在它們的棲息地尋找庇護:受保護的地方,例如高高的草叢或綠葉植物。但是,當陽光返回時,它們通常會在幾分鐘內恢復巡邏和求偶。因此,下次雷聲隆隆時,請向蝴蝶學習:尋找庇護所,但一旦太陽回來,就出去享受吧。

有關來自不同領域科學家的這些答案和其他答案的完整文字,請訪問 www.sciam.com/askexpert

大眾科學雜誌第 295 卷第 4 期這篇文章最初以“請教專家”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 295 卷第 4 期(),第 100 頁
doi:10.1038/scientificamerican1006-100
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