03.05 為什麼一根燃料棒可以用手拿,一個反應堆卻很難靠近?

柒火


看了眾多答案,感覺均未說及要點,所以作為一個核工業從業者,有必要站出來澄清一下。

首先,一根燃料棒可以用手拿,那必須是核燃料廠生產的未裝進反應堆的燃料棒,只有這樣的燃料棒才可以用手拿,從反應堆中卸下來的燃料棒卻是不能用手拿的!

必須明確,這不是天然鈾與濃縮鈾的問題,也不是一根燃料棒與眾多燃料棒組成的燃料組件的區別,這是是否經過核反應堆輻照的區別。

下面,我們簡單瞭解一下核燃料的製作過程。

  1. 採集鈾礦石,就是下圖中的黃色礦石


  2. 提純後的鈾化合物,經過幾個保密工序,逐步轉化成六氟化鈾,以便於利用氣體離心機進行分離濃縮


  3. 通過氣體離心機的級聯,將天然鈾中丰度0.7%左右的鈾235,逐步濃縮到4.5%左右,再經過轉化,變成氧化鈾,然後制胚、燒結成氧化鈾陶瓷,也就是所謂的核燃料(芯塊)了,下圖。

    4.燃料芯塊按照一定要求裝入鋯管中,加上相應附件封裝後就成了燃料棒,燃料棒按照一定位置,逐支插入、固定在燃料組件中,安裝相應附件就成了核燃料組件。



    大家注意到了嗎,基本在整個生產過程中,工人都沒有穿那種很厚重的防護服!

    為什麼呢?

    這種沒有裝進反應堆進行輻照的燃料不是沒輻射,只是其輻射基本上是自發衰變,半衰期很長,衰變形式是α輻射,α射線的穿透力很弱,一張紙就能擋住,因此不用採取特殊的防護手段,也就是可以用手拿了。

    那麼,為什麼反應堆不能接近呢?

    其實,必須說明,問題中其實想問的是經過反應堆核反應後的燃料組件為什麼不能接近!

    實際反應堆是可以接近的,因為反應堆中有厚厚的水和混凝土屏蔽層,已經屏蔽了99%的射線,核電廠工作人員是可以接近反應堆的。

    那麼,經過反應堆核反應後的燃料為什麼會有較強的放射性呢!?

    請看看某官方網站的解釋:

    “乏燃料又稱輻照核燃料,是經受過輻射照射、使用過的核燃料,通常是由核電站的核反應堆產生。核燃料在堆內經中子轟擊發生核反應,經一定時間從堆內卸出。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th,未燒完的和新生成的易裂變材料239Pu、235U或233U以及核燃料在輻照過程中產生的鎿、鎇、鋦等超鈾元素,另外還有裂變元素90Sr、137Cs、99Tc等。這種燃料的鈾含量降低,無法繼續維持核反應,所以叫乏燃料。乏核燃料中包含有大量的放射性元素,因此具有放射性,如果不加以妥善處理,會嚴重影響環境與接觸它們的人的健康。”

    大家明白了嗎?

    因為乏燃料含有大量強放射性元素!

    最後,告訴大家,其實只要有一種特殊的水,乏燃料也不可怕的。

    這種水叫做硼酸水。

    請看下面的圖,是將反應堆中的乏燃料轉移到乏燃料水池的過程。

    大家注意,整過操作過程都是在這種硼酸水下進行的,這種能夠抑制乏燃料的剩餘核反應,能夠屏蔽中子、光子等射線,只要有足夠厚的水層,人是可以接近並觀看乏燃料的。

    所以,核輻射並不可怕,可怕的是我們不認識它。歡迎關注我,我是核電搬磚客。


核電搬磚客


如同一個炮彈可以摸,一個爆炸的炮彈可以摸嗎?


耳鼻喉科吳醫生


有一個小笑話。物理課時,老師問:"11伏、30伏、220伏、1000伏和3500伏的電壓,哪個可以摸哪個不可以摸?"學生:"都可以摸,但有的只能摸一次。"

接著這笑話的就是題主的問題,燃燒棒和反應堆哪個可以接觸?答案是:都可以接觸,只是後者只能接觸一次。

物理有一句話叫:分析先看數量級。燃燒棒就算是燒到死,釋放的光輻射頂多就是照亮一間屋子;但是核反應堆要是出了事故能叫一座城市瞬間成為死亡之城!二十世紀八十年代中葉,前蘇聯加盟成員國烏克蘭境內的一座核電站——切爾諾貝利核電站發生嚴重核洩漏,這次核洩漏釋放的輻射量是廣島核爆炸的四百倍。由於核洩漏,鄰近的一座城市普里皮亞季成為無人區。很多人甚至認為前蘇聯的解體與這次核洩漏事故有一些關聯。

核反應堆在當代核物理、核技術裡泛指裂變堆、聚變堆、裂變聚變混合堆,在不做限定時僅僅指的是裂變堆。其中,核裂變反應堆是可控核裂變的一個重要組成部分,換言之也就是核電站的心臟。最早的核反應堆是由著名物理學家恩裡克·費米領導的小組於1942年12月份在美國芝加哥大學建成的。一個正在工作的核反應堆和一枚引爆的原子彈的區別僅僅是一個是緩慢進行的核反應,一個是瞬間完成的核反應。這二者的產物是完全一致的(前提是參與核反應的底物一致),因此非專業人士是不能隨意靠近核反應堆的。一來是容易被核輻射傷害,另外是容易引起核洩漏。

相比於核裂變堆,核聚變堆要安全一些,因為核聚變必須要在超高溫或超高壓下進行,一旦失去這些前提,核聚變很難發生(前段時間有人說發現了低溫核聚變,不過一直沒有被證實)。這個條件雖然限制了我們利用核聚變發電,但同時卻保證了核聚變發電的安全性。現在國內利用大型託卡馬克磁約束裝置——也就是坐落在安徽省合肥市西郊科學島由中國科學院等離子體物理研究所研發的EAST——作為核聚變反應堆,這一裝置需要超導技術的參與,沒有超導技術這一裝置會有很大瓶頸。藉助託卡馬克磁約束裝置,可以實現等離子體的磁加熱,從而獲得十分高的溫度。此外,還有一種辦法,就是利用激光的高功率密度特性來獲得核聚變需要的超高壓,這就是慣性約束核聚變。國內也有這方面的研究,與之相關的項目叫神光系列,目前服役的是中國工程物理研究院研發的神光iii。神光系列其實都是搞高功率激光的研發,但最終目的是要搞慣性約束核聚變。

綜合來看,核反應堆基本上和高溫高壓、高危物質相聯繫,除非是技術專家,否則誰也不會無聊去接觸反應堆的。


科學聯盟


作為一個核電工作者,這個問題還是可以解答一下的。首先聲明本人主要工作在常規島,核島工作較少,所以可能講的不太透徹。而且不太清楚哪些照片可以外傳,為了不被請喝茶就不發圖片了。

首先可以明確一點是其實對於大多數人而言無論是新燃料還是乏燃料都是很難接近的,當然這只是從實際情況而言,因為核燃料的運輸儲存都是一件保密性要求極高的工作,我坦言自己不知道在哪能抱著核燃料合個影,也從來沒見過核燃料的運輸車,絕大多數員工也都是不知道的。想要見到核燃料首先要辦一個廠區通行證(歸口處室通常為保衛處),一個RP證(歸口處室通常為保健物理處),學名叫輻射控制區通行證,這需要經過簡單的培訓(和科目一難度差不多)。有了這些之後去保健物理處領一個熱釋光計量儀(核電工人領取輻射補貼的東西,進一次哪怕一個微希伏都沒吃到,就有幾百塊的零食入賬),進入核島先要脫光光(雖然核島結構緊湊但是依然在這方面是男女分開的),換上全套防護用品,這裡值得提一點,核電的防護策略是包容放射性,把放射性包裹在容器裡面,也就是說在核島的放射性其實不高,而防護用品的意義主要在於防止身體碰到有放射性的液體和粉末,所以題主附的圖我不太理解,正常進核島除了臉全都是要包裹起來的。進入控制區以後,倒兩趟電梯到20米平臺(不同機型略有差別,基本上高度差不多),在裝卸料期間就能看到核燃料了,好不隱晦地說此時的核燃料摸一下截肢,抱幾秒鐘就GG,然後全廠扣績效,這也意味著你死後還要被全廠人罵,但是由於有水的存在,放射性被很好的隔離了。在乏燃料廠房也能看到核燃料。

令我不解的是在網上的確能看到抱著核燃料的照片,但是從來沒聽說過身邊有誰抱過,即使有,應該是維修支持處的人。新燃料的放射性和熒光棒是差不多的,只要戴著手套,摸一下對身體是沒有影響的(由於鋯包殼的存在不帶手套也沒有什麼太大的問題),可以理解為它沒有被激活,他本身就是被鋯包裹的嚴嚴實實的U235和U238,富集度在5%以內,鈾的半衰期又很長(半衰期越長放射性活度越低,放射性活度越低當量劑量就越低),而且此時的主要輻射是中子,而自由中子的活動半徑十分小,所以對人體的傷害更小。

而將核燃料放到反應堆裡面,用中子源轟擊,使鏈式反應發生(在硼酸和控制棒的共同作用下),使反應堆達到臨界狀態,然後機組運行一段時間,通常而言機組運行的時候核島是很少進人的,一方面島內放射性高於大修時候,另一方面島內有一定的負壓(我也困惑有人在怎麼進行安噴),經過一段時間的歷練,我們的燃料棒脾氣就不像之前那麼好了,具體原因有幾個。其一,經過鏈式反應產生了裂變產物,這些裂變產物及其衰變產物很多都是半衰期很短的,有些甚至具有揮發性(例如碘),這些東西是很可怕的。其二,裂變產物有一些是劇毒的或是具有腐蝕性的(其實二氧化鈾的化學性質還是很穩定的),即使沒有放射性,這些化學性質也能給人送進醫院(而且一回路水含有的硼酸也有毒性)。其三,乏燃料的放射性來源比較多樣,其中伽馬射線最為致命。其四,反應後期鋯包殼會有變形甚至破裂,燃料本身也會變形裂紋,這都給表面沾汙提供了條件,核電廠的外照射基本上都是可控的,即使是放射性最強的房間,都不可能導致確定性效應(即放射病,而隨機性效應與其相對,主要指的是發生癌症的幾率),但是表面沾汙就很危險的一件事,也曾經有報道說有人撿到放射源一直戴在身上去世的,照射時間是一個很重要的參數,表面沾汙卻能有效地增加照射時間,甚至引起內照射。

而題主所說反應堆難以接近其實是不確切的,無論是運行還是大修狀態,靠近反應堆幾乎沒什麼顧忌,只要燃料放在水裡就不會造成傷害(除非你跳進水裡)。

中核集團的乏燃料後處理技術在世界上都是一流的,大家對乏燃料可以放心,而且乏燃料並非廢物,乏燃料有其軍工用途。而其另一個用途就是應用於鈉冷快堆,中國鈉冷快堆技術也是世界一流的,鈉冷快堆是世界上第四代先進核能系統的首選堆型,代表了四代機組的發展方向。其形成的核燃料閉合式循環,可使鈾資源利用率提高至60%以上,也可使核廢料產生量得到最大程度的降低。國際社會普遍認為,發展和推廣快堆,可以從根本上解決世界能源的可持續發展和綠色發展問題(我希望大家能記住徐銤這個名字,是他讓中國的四代核電機組走在世界前列)。所以可怕的乏燃料又變得不可怕了。

最後說一句題外話,大家可能擔心核電的安全,但是你們核電工作有多麼嚴謹,這張圖就能說明很多東西了,一個連水龍頭都有標號的系統,其嚴謹程度不言而喻了吧。


等公車的浮士德


你的說法並不準確。確切說,應該是沒有參與過裂變反應的新燃料可以用手拿,參與過裂變反應的反應堆和放了中子源的新反應堆很難靠近。能不能靠近,主要看放射性強弱,也就是是否參與過裂變反應(或靠近過裂變反應物質、以及加了有放射性的中子源)。

天然鈾礦提取製作的新燃料棒,放射性都很低,類似於曬曬太陽,人可以不用任何防護措施就可以接近,帶著手套就可以拿在手裡;首次裝料後、首次臨界前的反應堆裡面裝的是新燃料(實際會放中子源),假如不放中子源的話,新反應堆也可以靠近。一旦開始了裂變反應,便會產生高放射性產物;承裝燃料的金屬容器也會因活化反應而產生高放射性物質,這個時候不論是單個燃料棒,還是整個反應堆,就不能靠近了。



你所說的一根燃料棒可以用手拿,必須是鈾礦做的新燃料棒,可以認為沒有放射性。有兩種燃料棒是高放射性的:一種是參與過裂變反應的乏燃料,一種是以乏燃料為原料製作的新燃料棒,因為一旦鈾礦開始了裂變反應,便會產生高半衰期的放射性物質,放射性劑量很高。反應堆也是一個道理。

實際上,我們都是把高放射性的乏燃料放在含硼水裡或者鉛罐中屏蔽放射性,要靠近反應堆的時候也將反應堆淹沒在十幾米的含硼水下,操作水下設備移動燃料。

另外補充一條點,前兩年年鶴山燃料廠在一些人的遊行示威後下馬,真是愚蠢到家了。燃料廠是整個產業鏈最安全、也是汙染最小,既不像礦對環境的有破壞,有沒有任何的核安全風險,這種百利而無一害的項目,盡然在一群無知的人遊行示威聲中黃,實在無語。不懂不要緊,不懂還不聽政府科普,就相信一些小道消息就去反對決策,也是蠢到家了(就像當年溫州事件後,輿論反對建高鐵一樣,還好當初堅定建高鐵了,不然哪有今天的交通便利)。


春風又度楊柳生


你可以拿著一根木棍,但是不能拿著一根燒紅的碳棒,鈾的半衰期長達數萬年,因此新制燃料棒拿在手中是沒什麼傷害的,因為劑量很少,反應堆和乏燃料棒就不同了,鏈式反應一旦開始就無法徹底停止,同時有大量的衰變期很短的新元素生成,核輻射的劑量很大,因此不能靠近,核輻射會對生物的DNA,蛋白質造成不可逆轉的傷害,如蛋白質中的氮元素是氨基酸的核心元素,受到中子轟擊,會吸收中子並衰變成氧原子,導致蛋白質徹底解體,這一類的核反應還有很多,殺傷力很強。


閆大廣


燃料棒沒使用之前,放射性材料都是鈾238和鈾235,而且合計佔比不超過5%。鈾238的半衰期是45億年,鈾235的半衰期是7億年,這麼長的半衰期對應人的壽命根本不算事。鈾235和鈾238輻射射線以α射線和β射線為主,α射線一張紙就能擋住,β射線幾毫米的鋁板就能擋住,只要帶著手套,只會有極少量的β射線輻射,天天接觸也達不到天然輻射的劑量,這時與其說擔心放射性傷害,不如擔心鈾的重金屬毒性(類似鉛中毒)。

但乏燃料棒就不一樣了,通過中子的轟擊,鈾快速裂變,產生了大量短半衰期是物質,比如半衰期30年的銫137,甚至半衰期只有8天的碘131,很多都還是穿透力強傷害大的γ射線。最要命的是,部分乏燃料棒中產生的短半衰期物質是可揮發的,吸一口就會被內輻射折騰死,而乏燃料棒有可能破損而釋放揮發物。當然了,還沒說其他劇毒物,不需要輻射就能把人輕鬆放倒。鈾238和鈾235的週期太長,只要不進入身體就沒事,但這麼短半衰期釋放出來的射線遠遠超過天然輻射。


你得火龍


簡單的解釋一下燃料棒沒有進行核聚變的時候內部原子並不活躍自然問題不大……再說燃料棒被拆成了許多份,需要在一個矩陣體的環境中做物理反應(電視上一般都說插入原料棒明白了吧)……讓原子活躍起來產生熱……


藍鳥啃蘋果


理科最經典的一句話,拋開劑量談利害的,都是耍流氓。


atta021


這裡的人都沒有搞清楚一件事情,鏈式反應如何進行?當然靠子,當中子轟擊鎳棒,就是燃料棒,核材料發生裂變,產生熱量,同時也產生中子,繼續轟擊核材料,反應延續不絕。大家知道中子穿透力有多強,中子彈沒有核汙染,但是可以穿透核輻射穿不透的混凝土,殺死敵方人員。所以反應堆的重水可以吸收多餘中子,而不讓反應不受控制。所以你明白了吧,當你拿著一根燃料棒,因為沒有中子,所以沒有反應過程。而核反應堆不僅有核輻射,還有中子輻射,其數百根燃料棒的反應的程度遠遠大於一顆原子彈。你怎麼能靠近


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