科学|55年！中国最久核反应堆改造为供暖堆，有没有放射性泄漏风险？
2020年3月11日 ， 生态环境部公开了一个大项目：“关于批准中国原子能科学研究院49-2游泳池式反应堆堆顶改造的通知” ， 国家核安全局批准了这一改造项目 ， 游泳池式改造？反应堆堆顶改造？难道要将核反应堆改造成游泳池？
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其实完全不是 ， 这是一个将池式反应堆低温供热的改造工程 ， 也就是“核能供暖” ， 对于核辐射大家都怕 ， 所以很多朋友可能一时还没法将核能和供暖联系起来 ， 这靠谱吗？要回答这个问题 ， 必须先来了解下核反应堆原理 。
核反应堆到底是什么原理？一克铀真的等于一吨煤？
全世界第一个核反应堆是1942年建立的“芝加哥一号堆” ， 它的存在是为了验证可控铀裂变反应 ， 是制造原子弹的曼哈顿计划一部分 ， 当然它无法发电也无法供热 ， 真正的民用核反应堆要到1954年苏联建成世界上第一座纯民用的奥布宁斯克原子能发电站 ， 装机容量为5 MW！
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核反应堆是什么原理？
一般的核反应堆都是指裂变堆 ， 如果抛去技术实现不管的话 ， 裂变的原理其实挺简单 ， 核裂变原理最早是德国物理学家哈恩和施特拉斯曼在1938年发现 ， 他们在寄给《自然》的论文中描述 ， 用中子撞击铀 ， 发现了钡元素 ， 发现了重核裂变的过程！因此哈恩获得了1944年的诺贝尔化学奖！
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U-235裂变过程
一个中子撞击铀-235 ， 除了会裂变成钡-141和氪-92外 ， 还会损失一些质量 ， 大约是0.0946% ， 这些亏损的质量可以用E=MC2来将其能量计算出来！还有一个关键是每次这样裂变会产生2-3个多余的中子 ， 因此这些中子又会让其它的铀原子裂变 ， 形成一个链式反应！
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这里有两个问题 ， 一个是原子内部原子核太小 ， 中子必须撞到原子核才能反应 ， 所以足够大的铀块是关键 ， 这个足够大的铀块就可以计算出一个临界质量 ， 这就是原子弹的装药量必须要大于多千克的原因！这个属于军事用途 ， 本文就不多说了！
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【科学|55年！中国最久核反应堆改造为供暖堆，有没有放射性泄漏风险？】
另一个则是裂变产生的中子是快中子 ， 因此必须要用含氢的物质将其减速 ， 毫无疑问含氢最多的就是水 ， 但科学家发现氘的效果更好 ， 因此用水来做减速剂的就是轻水反应堆 ， 用氘的自然就是重水反应堆啦！
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当然还有一个问题是避免失控的链式反应 ， 因此还有中子吸收棒 ， 叫做核反应堆的控制棒用来吸收中子控制反应速度 。
如何将热量传递出来？
这就有两种架构了 ， 一种是沸水堆 ， 轻水反应堆可以是沸水堆 ， 也可以是压水堆 ， 沸水堆很容易理解 ， 直接加热水 ， 形成蒸汽推动蒸汽轮机 ， 好处是简单 ， 缺点一次二次放射性不隔离 ， 压水堆则是利用高压的中子减速剂水将热量传递出来烧水 ， 好处当然是隔离啦！
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另一种重水堆就必须是压水堆了 ， 好处是铀燃料浓度可以极低（轻水反应堆需要很高浓度铀燃料） ， 因为重水减速中子效率高嘛 ， 还有一个原因是重水反应堆可以提取钚 ， 会导致核扩散 ， 因此重水堆的运行是被严格监视的！
一克铀的能量到底有多大?
裂变时亏损质量为0.0946% ， 那么可以计算了 ， 根据：
E=MC2
c为光速 ， m为质量 ， 单位为千克 ， 因此一克铀-235彻底裂变所产生的能量大约是：
85,022,239,908.5J
这些能量大约相当于多少标准煤呢？1吨标准煤的热值大约为29270MJ ， 很简单就能算出来约为2.9吨标准煤！这只是一克铀的能量 ， 如果普及的话 ， 能控制多少大气污染呢？不过也不要忽略了核废料的处理和污染 。
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49-2池式核反应堆的来历以及改造原理 ， 如何隔离辐射？
49-2池式核反应堆是一个实验堆 ， 它是我国第一个自主设计、自主建造的反应堆 ， 曾经为我国“两弹一艇”研制做出贡献 ， 被称为“功勋研究堆” ， 而且是我国运行时间最长的反应堆 ， 至今已经55年的历史 。
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什么是池式核反应堆
研究堆中最常见的类型 ， 堆芯安装在水池底部 ， 水池常压 ， 一般情况下水的对流即可将热量均匀加热 ， 即使实验堆时空 ， 上千吨水也能提供超过数十天的处理时间 ， 因此这种结构简单可靠的反应堆是最常用的实验堆！
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池式核反应堆结构图
改造49-2反应堆供热
中国先进研究堆(CARR)的平均卸料燃耗仅有32%～33% ， 远低于燃料考验达到的最大燃耗71.8%,也就是说仍然有40%所有的燃料仍然可以使用 ， 因此如何将这些烧过的半乏燃料利用起来就成了提高能源利用率的关键！
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这些燃料在核反应堆中效率已经严重下降 ， 但在供热堆中却完全没有问题 ， 因此只要将二次回路中的放射性隔离做到位 ， 并且池式核反应堆是常压运行 ， 整个供热回路将是非常安全的！
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中核集团“燕龙”泳池式低温供热堆总设计师、原子能院科技委主任柯国土解释称 ， 将49-2改造成供热堆不是技术问题 ， 而是公众接受的程度 ， 毕竟是属于核反应堆的范畴 ， 心理冲击还是比较大的！
49-2的池式核反应堆回路隔离是设置在厂房内的两级换热器进行放射性隔离 ， 即使是一二次水的换热器破损 ， 由于二回路压力大于一回路 ， 放射性污染也不会从供热管道进入用户侧 ， 因此从设计上杜绝了放射性污染扩散到用户侧的可能！
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其实全球已经有57座核反应堆在发电的同时用于供热 ， 主要分布在寒冷的东欧 ， 如俄罗斯、乌克兰等 ， 我国在1981年就已经提出低温核反应堆供热研究计划 ， 现在已经完全掌握低温核供热技术 ， 所以公众完全不需担心 。
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