03.05 为什么一根燃料棒可以用手拿,一个反应堆却很难靠近?

柒火


看了众多答案,感觉均未说及要点,所以作为一个核工业从业者,有必要站出来澄清一下。

首先,一根燃料棒可以用手拿,那必须是核燃料厂生产的未装进反应堆的燃料棒,只有这样的燃料棒才可以用手拿,从反应堆中卸下来的燃料棒却是不能用手拿的!

必须明确,这不是天然铀与浓缩铀的问题,也不是一根燃料棒与众多燃料棒组成的燃料组件的区别,这是是否经过核反应堆辐照的区别。

下面,我们简单了解一下核燃料的制作过程。

  1. 采集铀矿石,就是下图中的黄色矿石


  2. 提纯后的铀化合物,经过几个保密工序,逐步转化成六氟化铀,以便于利用气体离心机进行分离浓缩


  3. 通过气体离心机的级联,将天然铀中丰度0.7%左右的铀235,逐步浓缩到4.5%左右,再经过转化,变成氧化铀,然后制胚、烧结成氧化铀陶瓷,也就是所谓的核燃料(芯块)了,下图。

    4.燃料芯块按照一定要求装入锆管中,加上相应附件封装后就成了燃料棒,燃料棒按照一定位置,逐支插入、固定在燃料组件中,安装相应附件就成了核燃料组件。



    大家注意到了吗,基本在整个生产过程中,工人都没有穿那种很厚重的防护服!

    为什么呢?

    这种没有装进反应堆进行辐照的燃料不是没辐射,只是其辐射基本上是自发衰变,半衰期很长,衰变形式是α辐射,α射线的穿透力很弱,一张纸就能挡住,因此不用采取特殊的防护手段,也就是可以用手拿了。

    那么,为什么反应堆不能接近呢?

    其实,必须说明,问题中其实想问的是经过反应堆核反应后的燃料组件为什么不能接近!

    实际反应堆是可以接近的,因为反应堆中有厚厚的水和混凝土屏蔽层,已经屏蔽了99%的射线,核电厂工作人员是可以接近反应堆的。

    那么,经过反应堆核反应后的燃料为什么会有较强的放射性呢!?

    请看看某官方网站的解释:

    “乏燃料又称辐照核燃料,是经受过辐射照射、使用过的核燃料,通常是由核电站的核反应堆产生。核燃料在堆内经中子轰击发生核反应,经一定时间从堆内卸出。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th,未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U或233U以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素,另外还有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。这种燃料的铀含量降低,无法继续维持核反应,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,如果不加以妥善处理,会严重影响环境与接触它们的人的健康。”

    大家明白了吗?

    因为乏燃料含有大量强放射性元素!

    最后,告诉大家,其实只要有一种特殊的水,乏燃料也不可怕的。

    这种水叫做硼酸水。

    请看下面的图,是将反应堆中的乏燃料转移到乏燃料水池的过程。

    大家注意,整过操作过程都是在这种硼酸水下进行的,这种能够抑制乏燃料的剩余核反应,能够屏蔽中子、光子等射线,只要有足够厚的水层,人是可以接近并观看乏燃料的。

    所以,核辐射并不可怕,可怕的是我们不认识它。欢迎关注我,我是核电搬砖客。


核电搬砖客


如同一个炮弹可以摸,一个爆炸的炮弹可以摸吗?


耳鼻喉科吴医生


有一个小笑话。物理课时,老师问:"11伏、30伏、220伏、1000伏和3500伏的电压,哪个可以摸哪个不可以摸?"学生:"都可以摸,但有的只能摸一次。"

接着这笑话的就是题主的问题,燃烧棒和反应堆哪个可以接触?答案是:都可以接触,只是后者只能接触一次。

物理有一句话叫:分析先看数量级。燃烧棒就算是烧到死,释放的光辐射顶多就是照亮一间屋子;但是核反应堆要是出了事故能叫一座城市瞬间成为死亡之城!二十世纪八十年代中叶,前苏联加盟成员国乌克兰境内的一座核电站——切尔诺贝利核电站发生严重核泄漏,这次核泄漏释放的辐射量是广岛核爆炸的四百倍。由于核泄漏,邻近的一座城市普里皮亚季成为无人区。很多人甚至认为前苏联的解体与这次核泄漏事故有一些关联。

核反应堆在当代核物理、核技术里泛指裂变堆、聚变堆、裂变聚变混合堆,在不做限定时仅仅指的是裂变堆。其中,核裂变反应堆是可控核裂变的一个重要组成部分,换言之也就是核电站的心脏。最早的核反应堆是由著名物理学家恩里克·费米领导的小组于1942年12月份在美国芝加哥大学建成的。一个正在工作的核反应堆和一枚引爆的原子弹的区别仅仅是一个是缓慢进行的核反应,一个是瞬间完成的核反应。这二者的产物是完全一致的(前提是参与核反应的底物一致),因此非专业人士是不能随意靠近核反应堆的。一来是容易被核辐射伤害,另外是容易引起核泄漏。

相比于核裂变堆,核聚变堆要安全一些,因为核聚变必须要在超高温或超高压下进行,一旦失去这些前提,核聚变很难发生(前段时间有人说发现了低温核聚变,不过一直没有被证实)。这个条件虽然限制了我们利用核聚变发电,但同时却保证了核聚变发电的安全性。现在国内利用大型托卡马克磁约束装置——也就是坐落在安徽省合肥市西郊科学岛由中国科学院等离子体物理研究所研发的EAST——作为核聚变反应堆,这一装置需要超导技术的参与,没有超导技术这一装置会有很大瓶颈。借助托卡马克磁约束装置,可以实现等离子体的磁加热,从而获得十分高的温度。此外,还有一种办法,就是利用激光的高功率密度特性来获得核聚变需要的超高压,这就是惯性约束核聚变。国内也有这方面的研究,与之相关的项目叫神光系列,目前服役的是中国工程物理研究院研发的神光iii。神光系列其实都是搞高功率激光的研发,但最终目的是要搞惯性约束核聚变。

综合来看,核反应堆基本上和高温高压、高危物质相联系,除非是技术专家,否则谁也不会无聊去接触反应堆的。


科学联盟


作为一个核电工作者,这个问题还是可以解答一下的。首先声明本人主要工作在常规岛,核岛工作较少,所以可能讲的不太透彻。而且不太清楚哪些照片可以外传,为了不被请喝茶就不发图片了。

首先可以明确一点是其实对于大多数人而言无论是新燃料还是乏燃料都是很难接近的,当然这只是从实际情况而言,因为核燃料的运输储存都是一件保密性要求极高的工作,我坦言自己不知道在哪能抱着核燃料合个影,也从来没见过核燃料的运输车,绝大多数员工也都是不知道的。想要见到核燃料首先要办一个厂区通行证(归口处室通常为保卫处),一个RP证(归口处室通常为保健物理处),学名叫辐射控制区通行证,这需要经过简单的培训(和科目一难度差不多)。有了这些之后去保健物理处领一个热释光计量仪(核电工人领取辐射补贴的东西,进一次哪怕一个微希伏都没吃到,就有几百块的零食入账),进入核岛先要脱光光(虽然核岛结构紧凑但是依然在这方面是男女分开的),换上全套防护用品,这里值得提一点,核电的防护策略是包容放射性,把放射性包裹在容器里面,也就是说在核岛的放射性其实不高,而防护用品的意义主要在于防止身体碰到有放射性的液体和粉末,所以题主附的图我不太理解,正常进核岛除了脸全都是要包裹起来的。进入控制区以后,倒两趟电梯到20米平台(不同机型略有差别,基本上高度差不多),在装卸料期间就能看到核燃料了,好不隐晦地说此时的核燃料摸一下截肢,抱几秒钟就GG,然后全厂扣绩效,这也意味着你死后还要被全厂人骂,但是由于有水的存在,放射性被很好的隔离了。在乏燃料厂房也能看到核燃料。

令我不解的是在网上的确能看到抱着核燃料的照片,但是从来没听说过身边有谁抱过,即使有,应该是维修支持处的人。新燃料的放射性和荧光棒是差不多的,只要戴着手套,摸一下对身体是没有影响的(由于锆包壳的存在不带手套也没有什么太大的问题),可以理解为它没有被激活,他本身就是被锆包裹的严严实实的U235和U238,富集度在5%以内,铀的半衰期又很长(半衰期越长放射性活度越低,放射性活度越低当量剂量就越低),而且此时的主要辐射是中子,而自由中子的活动半径十分小,所以对人体的伤害更小。

而将核燃料放到反应堆里面,用中子源轰击,使链式反应发生(在硼酸和控制棒的共同作用下),使反应堆达到临界状态,然后机组运行一段时间,通常而言机组运行的时候核岛是很少进人的,一方面岛内放射性高于大修时候,另一方面岛内有一定的负压(我也困惑有人在怎么进行安喷),经过一段时间的历练,我们的燃料棒脾气就不像之前那么好了,具体原因有几个。其一,经过链式反应产生了裂变产物,这些裂变产物及其衰变产物很多都是半衰期很短的,有些甚至具有挥发性(例如碘),这些东西是很可怕的。其二,裂变产物有一些是剧毒的或是具有腐蚀性的(其实二氧化铀的化学性质还是很稳定的),即使没有放射性,这些化学性质也能给人送进医院(而且一回路水含有的硼酸也有毒性)。其三,乏燃料的放射性来源比较多样,其中伽马射线最为致命。其四,反应后期锆包壳会有变形甚至破裂,燃料本身也会变形裂纹,这都给表面沾污提供了条件,核电厂的外照射基本上都是可控的,即使是放射性最强的房间,都不可能导致确定性效应(即放射病,而随机性效应与其相对,主要指的是发生癌症的几率),但是表面沾污就很危险的一件事,也曾经有报道说有人捡到放射源一直戴在身上去世的,照射时间是一个很重要的参数,表面沾污却能有效地增加照射时间,甚至引起内照射。

而题主所说反应堆难以接近其实是不确切的,无论是运行还是大修状态,靠近反应堆几乎没什么顾忌,只要燃料放在水里就不会造成伤害(除非你跳进水里)。

中核集团的乏燃料后处理技术在世界上都是一流的,大家对乏燃料可以放心,而且乏燃料并非废物,乏燃料有其军工用途。而其另一个用途就是应用于钠冷快堆,中国钠冷快堆技术也是世界一流的,钠冷快堆是世界上第四代先进核能系统的首选堆型,代表了四代机组的发展方向。其形成的核燃料闭合式循环,可使铀资源利用率提高至60%以上,也可使核废料产生量得到最大程度的降低。国际社会普遍认为,发展和推广快堆,可以从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问题(我希望大家能记住徐銤这个名字,是他让中国的四代核电机组走在世界前列)。所以可怕的乏燃料又变得不可怕了。

最后说一句题外话,大家可能担心核电的安全,但是你们核电工作有多么严谨,这张图就能说明很多东西了,一个连水龙头都有标号的系统,其严谨程度不言而喻了吧。


等公车的浮士德


你的说法并不准确。确切说,应该是没有参与过裂变反应的新燃料可以用手拿,参与过裂变反应的反应堆和放了中子源的新反应堆很难靠近。能不能靠近,主要看放射性强弱,也就是是否参与过裂变反应(或靠近过裂变反应物质、以及加了有放射性的中子源)。

天然铀矿提取制作的新燃料棒,放射性都很低,类似于晒晒太阳,人可以不用任何防护措施就可以接近,带着手套就可以拿在手里;首次装料后、首次临界前的反应堆里面装的是新燃料(实际会放中子源),假如不放中子源的话,新反应堆也可以靠近。一旦开始了裂变反应,便会产生高放射性产物;承装燃料的金属容器也会因活化反应而产生高放射性物质,这个时候不论是单个燃料棒,还是整个反应堆,就不能靠近了。



你所说的一根燃料棒可以用手拿,必须是铀矿做的新燃料棒,可以认为没有放射性。有两种燃料棒是高放射性的:一种是参与过裂变反应的乏燃料,一种是以乏燃料为原料制作的新燃料棒,因为一旦铀矿开始了裂变反应,便会产生高半衰期的放射性物质,放射性剂量很高。反应堆也是一个道理。

实际上,我们都是把高放射性的乏燃料放在含硼水里或者铅罐中屏蔽放射性,要靠近反应堆的时候也将反应堆淹没在十几米的含硼水下,操作水下设备移动燃料。

另外补充一条点,前两年年鹤山燃料厂在一些人的游行示威后下马,真是愚蠢到家了。燃料厂是整个产业链最安全、也是污染最小,既不像矿对环境的有破坏,有没有任何的核安全风险,这种百利而无一害的项目,尽然在一群无知的人游行示威声中黄,实在无语。不懂不要紧,不懂还不听政府科普,就相信一些小道消息就去反对决策,也是蠢到家了(就像当年温州事件后,舆论反对建高铁一样,还好当初坚定建高铁了,不然哪有今天的交通便利)。


春风又度杨柳生


你可以拿着一根木棍,但是不能拿着一根烧红的碳棒,铀的半衰期长达数万年,因此新制燃料棒拿在手中是没什么伤害的,因为剂量很少,反应堆和乏燃料棒就不同了,链式反应一旦开始就无法彻底停止,同时有大量的衰变期很短的新元素生成,核辐射的剂量很大,因此不能靠近,核辐射会对生物的DNA,蛋白质造成不可逆转的伤害,如蛋白质中的氮元素是氨基酸的核心元素,受到中子轰击,会吸收中子并衰变成氧原子,导致蛋白质彻底解体,这一类的核反应还有很多,杀伤力很强。


闫大广


燃料棒没使用之前,放射性材料都是铀238和铀235,而且合计占比不超过5%。铀238的半衰期是45亿年,铀235的半衰期是7亿年,这么长的半衰期对应人的寿命根本不算事。铀235和铀238辐射射线以α射线和β射线为主,α射线一张纸就能挡住,β射线几毫米的铝板就能挡住,只要带着手套,只会有极少量的β射线辐射,天天接触也达不到天然辐射的剂量,这时与其说担心放射性伤害,不如担心铀的重金属毒性(类似铅中毒)。

但乏燃料棒就不一样了,通过中子的轰击,铀快速裂变,产生了大量短半衰期是物质,比如半衰期30年的铯137,甚至半衰期只有8天的碘131,很多都还是穿透力强伤害大的γ射线。最要命的是,部分乏燃料棒中产生的短半衰期物质是可挥发的,吸一口就会被内辐射折腾死,而乏燃料棒有可能破损而释放挥发物。当然了,还没说其他剧毒物,不需要辐射就能把人轻松放倒。铀238和铀235的周期太长,只要不进入身体就没事,但这么短半衰期释放出来的射线远远超过天然辐射。


你得火龙


简单的解释一下燃料棒没有进行核聚变的时候内部原子并不活跃自然问题不大……再说燃料棒被拆成了许多份,需要在一个矩阵体的环境中做物理反应(电视上一般都说插入原料棒明白了吧)……让原子活跃起来产生热……


蓝鸟啃苹果


理科最经典的一句话,抛开剂量谈利害的,都是耍流氓。


atta021


这里的人都没有搞清楚一件事情,链式反应如何进行?当然靠子,当中子轰击镍棒,就是燃料棒,核材料发生裂变,产生热量,同时也产生中子,继续轰击核材料,反应延续不绝。大家知道中子穿透力有多强,中子弹没有核污染,但是可以穿透核辐射穿不透的混凝土,杀死敌方人员。所以反应堆的重水可以吸收多余中子,而不让反应不受控制。所以你明白了吧,当你拿着一根燃料棒,因为没有中子,所以没有反应过程。而核反应堆不仅有核辐射,还有中子辐射,其数百根燃料棒的反应的程度远远大于一颗原子弹。你怎么能靠近


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