原子弹与核电站的原理的异同

原子弹与核电站的原理的异同100800627龚国强机械1006班核电站是把原子核裂变释放出来的能量转化为高温蒸汽的内能，然后推动蒸汽轮机发电。核电站的中心部分是进行核反应的反应堆，核电站和原子弹的反应原理相同，都是利用核燃料在中子的轰击下产生链式反应放出能量。原子弹的链式反应进行得非常迅速，在极短时间内释放出大量的射线和能量，破坏性很大。而用于核电站中的核反应堆，则需要链式反应进行的缓慢，以保证稳定地向外输出能量。在原子弹中，利用高效炸药的聚心爆炸，将两块或多块浓缩度为90%以上的高纯度核装料，在极短时间内，从两面或四面八方积压在一起，所以核装料的密度极高；而在核电站的反应堆内，以压水堆为例，它的核燃料的浓缩度只有3%，而且与氧原子结合在一起，成为二氧化铀，相对稳定。在原子弹中，核装料之间没有其他物质；在核电站中，这些密度已经很低的核燃料，又装在锆包壳内，锆包壳则浸泡在大量作为冷却剂和慢化剂的水中。由于核材料的密度不同，加上对原子弹和核电站的反应堆采取相反的设计措施，来加快或减慢其链式反应的速度，就使两者链式反应速度可以相差几千万倍。所以，原子弹可以在极短时间内爆炸，形成极高的温度和强烈的冲击波，造成巨大的破坏；反应堆则不能。此外，核电站里的放射性物质也不会轻易跑出来。核燃料在反应堆里裂变时，放射性会增强10亿倍以上。因此，正在运行的核电站是有很大潜在危险的。但是，它有好几道安全屏障，放射性物质是不会跑出来的。核电站的反应堆不会像原子弹那样爆炸，它的潜在危险是强放射性裂变产物的泄漏，造成对周围环境的污染。原子弹是由高浓度的（大于93%）裂变物质铀－235或钚－239和复杂而精密的引爆系统所组成的。通过引爆系统把裂变物质压紧在一起，达到超临界体积，于是瞬时形成剧烈的不受控制的链式裂变反应，在极短时间内，释放出巨大的核能，产生了核爆炸。而反应堆的结构和特性与原子弹完全不同，反应堆大都采用低浓度裂变物质作燃料，而且这些燃料都分散布置在反应堆内，在任何情况下，都不会像原子弹那样将燃料压紧在一起而发生核爆炸。而且，反应堆有各种安全控制手段，以实现受控的链式裂变反应。在设计上总是使反应堆具有自稳定特性，即当核能意外释放太快，堆芯温度上升太高时，链式裂变反应就会自行减弱乃至停止。核电站不会像原子弹爆炸，核燃料中的有效成分是铀－235，铀－235同样也是原子弹中的核炸药，那么核电站会不会像原子弹那样爆炸呢？不必担心，绝没有这种可能性！核燃料中铀－235的含量约为3%，而核炸药中铀－235含量高达90%以上。核燃料引不起核爆炸，正像啤酒和白酒都含有酒精，白酒因酒精含量高可以点燃，而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一样。不仅如此，更重要的是二者的结构特点完全不同，使得核燃料的链式裂变反应方式及其控制方法有着本质上区别。核电厂的反应堆，其对核燃料裂变反应具备能实施可控的、并且有多重安全措施的专门结构，根本不具有发生类似原子弹极快速的链式裂变反应而爆炸的条件，故可认为二者的作用机理不同。若退一步进行简单化类比，即使发生核电厂堆芯熔毁爆炸的威力和影响也差别巨大。以1986年最严重的前苏联切尔诺贝利核事故为例，发生事故的数秒间，核反应堆功率剧增上千倍，产生的全部热能也就10多万兆焦耳，只相当于几百公斤的TNT（三硝基甲苯）炸药。而一颗小型战术原子弹发出的热能高达10亿兆焦耳，至少约相当于几万吨的TNT炸药。实际上核能是不宜与原子弹爆炸所释放能量作简单换算进行机械对比的。核电史上空前严重的切尔诺贝利核事故，致使134位应急消防人员罹患大剂量照射引起的放射病，三个月内死亡28人，数年后又陆续死亡28人。而1945年8月6日和9日，美国分别在日本广岛、长崎投下的两颗原子弹，顷刻几乎摧毁了这两座城市，投弹当天两城市死亡人数共约15万；广岛市24.5万人口中死伤20多万人；长崎市23万人口中死伤近15万人。可见核电站与原子弹从核燃料质量与数量、核反应可控模式与装置结构、作用机理和利用目的等有着根本性的不同。即使最严重的核电站事故后果也是远远不可能与原子弹爆炸相比拟的。