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再生系数与临界状态

来源:中国科普博览网站 发布日期:2008-06-20

  为了进一步说明问题,我们先了解两个基本概念。一是再生系数,我们把某代中子数对于上一代中子数之比称为再生系数,用K来表示。如果裂变产生100个中子(第一代中子),经过慢化再引起下一次裂变,若产生102个中子(第二代中子),那些,再生系数K=1.02。二是临界状态,把K=1需要的最小的裂变燃料数量叫做临界质量。当K=1时,中子数保持不变,链式反应可继续进行下去每秒钟内发生恒定的裂变数,每次裂变放出的能量也一定,这表明反应的功率保持一定水平不变。当K>1时,中子数越来越多,功率在增加,这个状态称为超临界状态。当K<1时,中子数越来越少,功率也在下降,直到停堆,这种状态称为次临界状态。

  作为核电站反应堆的工作主要是上述的三种状态。K=1的临界状态是预先设计所希望的。K<1的次临界状态,会造成停堆,自然没有什么危险性。有危险性的主要是超临界状态。

  当再生系数K>l.0065时,反应堆的功率会急剧上升而难以控制。这种状态称为瞬发临界。这在运行中是必须避免的。一个超瞬发临界的反应堆和原子弹是大不相同的。因为在没有约束的情况下,当功率上升,产生大量的热能时,热膨胀和机械解体就会使核燃料迅速分散,整个反应堆很快降到次临界状态(K<1)。所以绝不会发生像原子弹爆炸甚至化学炸药爆炸那样的事件,但可能发生一回路蒸汽爆破和大面积放射性污染。这仍然是非常严重的事故。
  反应堆内积累的裂变产物,是反应堆潜在的主要危险。它所包含的200多种放射性同位素,放射性强度都很大。例如,一座10,000千瓦的反应堆运行三个月后,它积累的裂变产物的放射性,在停堆24小时后测量,约相当于10吨镭,或
1,000万居里。如果地面污染
0.2居里/米2,居民就要立即撤离,如果地面污染10-3居里/米2,就长期不能种庄稼或放牧,由此可见,这种潜在的危险性是多么大。如果这样大量的放射性全部扩散到环境中去,周围的居民将受到强烈的照射,其后果也是极为严重的。因此,核电站的主要危险来自可能导致大量放射性物质逸散的重大事故。   反应堆的安全性包含有两方面内容,一是反应堆固有的安全性,二是为了反应堆的正常运行和安全而引入的控制系统和防护措施。

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