在最近疯狂观看切尔诺贝利核电站的节目后,我发现自己深陷谷歌的兔子洞里,深挖核反应堆的奥秘以及它们是如何工作的。我很快发现,现代人类历史充满了核事故。自1954年第一座核电站建成以来,已经发生了100多起严重的核事故,每起事故都影响到成千上万甚至数百万人的生命!
乌克兰切尔若贝利核电站
这些事故的症结在于铀,铀是迄今为止建造的所有核反应堆的主要核燃料。然而,令我惊讶的是,我发现实际上钍(Th)是一种更好、更安全的核燃料,完全可以替代铀。
这让我想知道,用钍而不是铀能避免核事故及其后果吗?钍在元素周期表中位于铀的左边两个位置,具有类似的性质。
钍(Th)在元素周期表中位于铀的左边两个位置
核反应堆是如何工作的?在我们开始指责早期的核科学家使用铀而不是钍之前,让我们先来看看核反应堆是如何运行的。
核反应堆的工作原理是利用核裂变过程中释放的能量,核裂变是一种化学反应,一个较大的核分裂成两个或三个较小的核,释放出大量的热量和中子。在裂变过程中释放出的热能被用来将水蒸发成蒸汽,然后蒸汽被用来运行涡轮机,并将热能转换成电能或机械能。很简单,对吧?嗯,整个过程实际上比看起来复杂得多,需要大量的关注和专业知识才能安全管理。
核电站核反应堆发电原理
浓缩铀是大多数反应堆中发生裂变的物质(核燃料)(一些核反应堆使用钚铀混合氧化物作为核燃料)。在地球上发现的铀(U)中,约99%是非裂变同位素铀-238,而不到1%是裂变同位素铀-235,因此更具价值。通过同位素分离等技术的实施,浓缩铀在整个混合物中含有铀-235的百分比增加了。
当浓缩铀被中子轰击时,裂变反应开始。在撞击后,铀-235开始分裂成更小的核并释放出高能中子。高能中子被其他铀-235原子吸收,在核反应堆内引发连锁反应。在这个过程中释放出大量热能,同时释放出伽玛辐射和附加中子。