近日在部落格及臉書中之讀者留言顯示許多人對一個基本事實“核電廠不會發生核爆”完全不了解。
到現今為止這還有不少人以為核能電廠是一個原子彈，如果操作不慎就會發生核子爆炸。遠的不說，台灣報章雜誌就有認為福島核災是核電廠發生核爆所造成。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
一般民眾對核能的恐懼是完全可以理解的，因為核子能第一次顯示其威力時的面目實在太猙獰了。廣島、長崎的兩顆原子彈將核能的威力向世界作第一次的展露，兩朵代表死亡的蕈狀雲就此深深的刻印在世人的腦海裏。
核能發電與原子彈爆炸的原理相同，同是利用連鎖反應。一般民眾最疑懼的就是萬一核能電廠操作不當，整座核能廠是否會發生核爆，造成所謂的「絕對性毀滅」。
一般報章雜誌好像一直都沒有以較通俗的文字將為何核能廠不可能發生核爆的原因作一說明，但這問題實在太重要了，筆者以為在此以數百字將這一問題作一解說應不算是浪費篇幅。
核能的威力是愛因斯坦首先預測的，在他有名的質能互變公式中指出，任何微小質量的消失都會產生巨大的能量，其間關係與光速平方成正比。
連鎖反應
當一個不穩定的原子核受到中子撞擊後分裂成兩個較小的原子核及一些中子，但這兩個分裂後的原子核與中子質量相加比原先的原子核質量為小,所損失的質量即轉化為能量。
一個原子核分裂所產生的能量還是有限的，千千萬萬個原子核分裂才能產生巨大的能量。最理想的方式就是當一個核子分裂後所產生的中子又撞擊其他核子導致其分裂，這分裂的核子又產生中子導至下一次的分裂，如此生生不息，每次分裂都一方面產生能量，另一方面又產生中子導至下一次的核分裂，這就是所謂的連鎖反應。
原子彈和核能廠都是用連鎖反應的原理產生能量的，但其中有一個絕大的不同，詳述如下：
自然界中的鈾原子有兩種同位素：鈾二三五及鈾二三八，其中鈾二三八較穩定，不易發生分裂，鈾二三五是不穩定核子受撞擊後會分裂而釋出能量，在自然界的鈾礦中，鈾二三五占0.7%而鈾二三八占99.3%，二者混合在一起，極難分離。
如此低濃度的鈾二三五是無法產生連鎖反應的，因為即使一個鈾二三五受到衝擊分裂而產生中子，但因周遭鈾二三五比例太少，所產生的中子撞擊到另一個鈾二三五的機會太少了，分裂反應無法持續下去，所以無法產生連鎖反應。這是很容易證明的，有誰聽說過一個近代鈾礦自行發生核子反應的？
為了達到連鎖反應的效果，科學家只有想辦法以各種方式來增加鈾二三五的濃度，原子彈與核能廠主要分別即在於所含鈾二三五的濃度不同。
原子彈的目的是在最短時間內產生最大的爆震力，所以其中的鈾二三五濃度在90%以上，在如此高濃度下，連鎖反應將以幾何級數進行，在極短時間內產生極大的能量。
核電廠需求不同，要求在人為控制的環境下使連鎖反應穩定的進行，希望一次分裂所產生的中子只能在下次引起恰好一次的分裂，而不以自行級數倍增。所以鈾二三五的濃度就不能像原子彈那麼高，大約只在3%左右。
緩衝劑與慢中子
在如此低濃度下連鎖反應是無法產生的，這又牽涉到另一個技術問題。中子撞擊鈾二三五並不是每次都會導至分裂的，中子連度太快或太慢都不行，只有在適當速度範圍內的中子撞擊核子時所引起核分裂的機會才最大。一般核分裂後產生的中子速度太快，為了要增加分裂的可能性便要想法子使中子速度慢下來。最有效的減速方法就是使中子在撞擊鈾二三五之前，先和其他質量相等的核子碰撞，以消耗其動能達到減速目的。
水是由兩個氫原子和一個氧原子所構成，氫原子核的質量與中子相同是最有效的緩衝劑之一。一般的輕水式反應爐就是一方面用水作為爐心的冷卻劑，將爐心產生的熱量移走以產生蒸汽推動汽渦輪機/發電機來發電。另一方面以水作為中子的緩衝劑。如果爐心中沒有水，中子無法減速，則連鎖反應無法產生。
核能廠的冷卻水是成循環系統的，源源不絕的流動以將核分裂在爐心所產生的熱量移走發電。核電廠最嚴重的事故就是由於冷卻水系統出問題導至爐心過熱而融化，這正是核能災變所發生的狀況。但不要忘記爐心一旦缺水，中子無法減速，連鎖反應立刻自動停止。爐心的餘熱是來自爐心放射性物質的衰變而不是由於連鎖反應所產生。
由以上的說明我們可以知道，核能廠要在極端精密的控制之下才會產生連鎖反應，萬一任何意外破壞了這種精心設計的平衡狀態，連鎖反應會立刻自動停止，所謂原子彈式的爆炸是絕無可能發生的。
沒有留言:
張貼留言