首先確定下各位對這個輕水反應堆的水池有沒有理解錯誤,準確的說,輕水反應堆或者重水反應堆都是沒法稱為池子的,或者將其稱為罐子更合適一些,因為輕水反應堆或者重水反應堆中的水和重水是重要的熱介質,它負責減速中子,也用來傳遞核反應堆的熱量,所以這是一個有趣的問題!
盡管現代核反應堆種類繁多,以減速劑區分的,以安全技術區分的,以核材料區分的等等,搞得大家云里霧里,為避免引起大家理解上的困難,我們現代比較典型的減速劑分類方式來說明,早期的石墨堆我們就不說明了,畢竟切爾諾貝利電站的慘痛教訓使得石墨堆實在不太討人喜歡,現代主要有如下兩種:
輕水反應堆
重水反應堆
兩者的核燃料元素都是鈾-235,區別是輕水反應堆的的鈾燃料濃度比較高,重水反應堆的鈾燃料濃度比較低,而世界上大多數的核反應堆都是輕水反應堆!在這里必須要解釋下輕水反應堆這個梗!
輕水反應堆的減速劑與原理
輕水反應堆使用的減速劑就是普通水,這個水的功能非常重要,除了傳遞熱量以外,它還負責減速裂變時多余的中子!它有兩種結構,一種沸水堆,產生蒸汽直接推動汽輪機工作。另一種是壓水堆,區別是壓水堆有兩個回路,一回路的水壓力很高,主要是將堆芯的熱量轉移到二回路的介質水,使其沸騰成為蒸汽,從而推動汽輪機工作!
在這里大家可能會比較好奇,為什么兩個回路都是水,但第二個水能燒開成蒸汽,第一個回路的水加了什么特別的玩意兒嗎?其實并沒有,因為壓力很高,超臨界的水可以接近400度,所以各位就不要懷疑用水燒水的NB技能了!
輕水堆成本比較低,所以裝機量比較大,但輕水堆有一個致命弱點,就是對裂變產生的熱中子減速效率比較低,而鈾-235的鏈式反應需要慢中子才能持續裂變,所以導致了輕水反應堆的核燃料濃度要求比較高!
重水反應堆的減速劑與原理
重水反應堆使用的減速劑即為重水,也就是D2O,重水對生物都有不良影響,但卻是極好的中子減速劑,它的減速效率是水的300倍(輕水慢化比70,重水慢化比2000),所以重水堆的核燃料濃度可以低至3%,甚至直接使用鈾礦石,當然這沒法清理,所以還是會制成鈾燃料棒。
重水堆必須有一回路和二回路,重水不可能直接蒸發去推動汽輪機,只能作為介質去加熱水,它的性質幾乎和水一樣,沸點約101.4攝氏度,密度大11%。由于它的減速效率極高,所有熱中子是有多余的,為避免浪費,就會將U-238被中子轟擊后生產钚-239!
大家都發現了,所以重水反應堆是被嚴格控制的,因為钚-239的臨界質量比鈾-235要低得多,所以制造原子彈用钚更簡單!因此國際原子能機構對大家投產輕水反應堆根本就不管,但只要是重水反應堆投產,那可就睜大了眼睛瞪著你,生怕你造出不受核不擴散協議控制的钚彈來!
剛上文說了,無論是輕水反應堆中的沸水堆還是壓水堆,譴責是高溫+一般高壓,后者是高溫+高壓,完全進不去的,假如進去,那么可以想象一下比高壓鍋壓力都大N倍的環境,而且超臨界水氧化能力極強,可能會連骨頭都不剩哦!當然重水堆也差不多,那個重水可是很貴的,不能浪費!
各位看到的大池子里泡的核燃料棒,應該是核反應堆的乏燃料池,因為從核反應堆中取出的已經“燒盡”了的燃料棒溫度仍然很高,內部的剩余的核燃料仍然可以衰變釋放大量的熱能,因此需要一個大水池供其散熱。
剛剛取出的乏燃料棒,功率大約是正常工作時的7%,一小時后變成1.5%,一天后0.4%,一周后0.2%,一般乏燃料棒需要在水池中泡上一年然后轉移到干桶中保存!現代裂變電站中最麻煩的一個問題就是乏燃料棒如何處理,也就是所謂的核廢料,現在的辦法是挖一個超級深的坑,埋進去!
所以這個乏燃料棒的池,你是能看到的,而乏燃料棒的輻射在水中會被消弭于無形,循環的水保證水池溫度不超過30度,也就是說你如果不小心掉進去,應該會很舒服,只要你體力好,甚至能游上幾個小時,當然不要靠近水底那乏燃料組!