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从化学视角普及“核知识”

时间：2011-03-29 泉源：科学时报

自日本9.0级大地动诱发福岛核电站�；；；；；；岳�，，核走漏、核辐射、核清静、核恐慌……众多以“核”为要害词的讨论声浪，，在人们心中卷起层层阴云，，以致蜚语四起，，甚而有人担心起杀绝性的核爆炸。。。。

　　借用日本作家村上春树作品《当我谈跑步时，，我谈些什么》的书名，，我们无妨自我发问，，当我们谈论“核”时，，我们事实谈些什么？？原子核，，对大大都人而言，，依然既熟悉又生疏。。。。

　　日前，，南开大学举行科普讲座，，院士专家先后登台为学子和公众“科普解惑”。。。。

　　95岁高龄的中国科学院院士、南开大学教授申泮文登上讲坛，，以“核辐射离我们有多远”为主题，，以化学家的眼光和视角，，深入浅出地先容核知识，，并剖析福岛核电站�；；；；；；械闹刂匾稍�，，以期揭开包裹在“核”之上的神秘面纱。。。。

　　细说核裂变：细小反应的重大效应

　　申泮文从原子核裂变反应所需的基本元素铀提及。。。。铀是元素周期表中第92号元素，，意味着铀原子核内有92个质子。。。。这个在自然界中能找到的最重元素，，自然保存着三种同位素，，占0.0056%的铀-234，，0.718%的铀-235以及99.27%铀-238。。。。

　　第二次天下大战之前，，在德国是情的奥地利女科学家迈特纳与其先生奥托·哈恩等人发明了原子核裂变反应，，其中包括铀-235与一其中子相撞之后裂变为两个原子的征象。。。。

　　铀-235爆发裂变，，必需吸收一个运动速率较慢的中子，，让它逐步地“溜”到原子核中。。。。天生的铀-236不稳固，，连忙就破碎成两个原子。。。。92号元素铀的破碎历程中，，包括几个重大问题。。。。

　　首先，，铀-235破碎成质子数之和为92的两个原子，，酿成两种元素。。。。例如，，可以破碎成钡（Ba，，质子数56）和氪（Kr，，质子数36）；；；；；；氙（Xe，，质子数54）和锶（Sr，，质子数38）；；；；；；锑（Sb，，质子数51）和铌（Nb，，质子数41）；；；；；；碘（I，，质子数53）和钇（Y，，质子数39）等等。。。。而这些元素的同位素，，通常具有放射性，，有的放射寿命很长，，有的则较短。。。。媒体中提到的碘-131，，就是裂变之后爆发的一种放射性很强的碘同位素，，会对人体造成放射性污染。。。。

　　其次，，裂变爆发的两个新原子核，，其质量之和少于原来铀-235的原子核质量，，质量亏损将转变为重大的能量。。。。遵照爱因斯坦的质能方程，，其爆发的能量相当于化学反应热的百万倍。。。。由此，，“裂变能”成为原子弹的基础，，也是原子能裂变反应堆放热的依据。。。。

　　同时，，在裂变反应中会爆发2到3个多余中子，，经由一定控制，，将其速率减慢后则又可以“钻进”铀-235原子核中。。。。这样一来，，就将引发原子核破碎的“链式反应”，，又叫“雪崩式反应”。。。。这同样是原子弹所必需的条件。。。。而对核电站而言，，则需要控制中子，，用控制质料“吃掉”中子以镌汰“链式反应”，，从而爆发稳固的热量，，这是原子能反应堆的基来源理。。。。

　　除此之外，，核裂变反应中会爆发辐射，，为了不让放射性裂变质料飞逸出来造成污染，，因此核电站的整个反应堆都必需密闭。。。。

　　申泮文在讲座中提到，，他对原子核裂变反应的关注，，始于1945年8月美军在日本上空投下的两颗原子弹。。。。

　　原子弹的威力震惊了整个天下。。。。因核裂变反应的发明对人类爆发了重大影响，，诺贝尔评奖委员会在1945年11月15日宣布，，将1944年诺贝尔化学奖授予德国放射化学家和物理学家哈恩，，而犹太人迈特纳则未获提名。。。。申泮文先容说，，科学界没有遗忘迈特纳，，1994年，，国际纯粹化学与应用化学联合会通过决议，，将第109号元素命名为Meitnerium，，以纪念核物理学家迈特纳。。。。

　　拆解核电站：控制系统是要害

　　二战竣事之后，，各国渐次最先对原子能清静使用的探索研究。。。。使用核裂变能量发电，，是迄今最为主要的使用方法。。。。申泮文翻开一张“压水型原子裂变堆示意图”，，诠释核电站的焦点结构部件及其运行原理。。。。

　　由清静壳包裹的燃料棒、控制棒、重水、冷凝器、水泵、蒸汽与冷热水循环系统等，，组成反应堆的“核岛”。。。。

　　熔点高达2800摄氏度的二氧化铀经高温、高压熔接形成铀棒，，作为核反应堆的燃料棒。。。。其中所含铀-235是经离心机等装置特殊提炼浓缩而成，，二氧化铀仅占到整个铀燃料棒的3%到4%。。。。铀-235爆发核裂变反应，，爆发核电站发电所需热量。。。。

　　在反应堆中，，控制棒是“吃”中子的质料，，通常由金属镉或者硼的合金制成，，通过对中子的吸收来控制核裂变“链式反应”的速率，，从而稳固释放“裂变能”。。。。在福岛核电站�；；；；；；⒑�，，日本方面通过直升机向反应堆喷水的同时喷撒硼酸，，正是试图用硼自然吸收中子。。。。

　　核裂变爆发的能量需要被水吸收，，从而转化为水蒸气携带的热能。。。。由此，，燃料棒、控制棒和水，，均被耐高压质料金属锆制成的外壳，，密封在反应堆“核芯”内。。。。这样组成的一个“锅炉”，，需要由控制棒使用机将水蒸气温度坚持在300摄氏度，，实现自动定温控制。。。。另一方面，，300摄氏度的水蒸气在密闭壳内爆发的压强将靠近86个大气压，，这成为反应堆的危害之一。。。。

　　“压水堆”类型的核反应堆，，水在其中充当传热介质以外，，尚有一个主要作用是作为中子的“减速剂”。。。。中子与水中的氢原子质量相当，，二者在碰撞中可以使得中子变慢，，进而得以被铀-235吸收一连爆发链式核裂变。。。。

　　在自成系统的反应堆“核芯”之外，，则是一整套由水泵控制的水循环系统，，通过热量交流最终发动发电机发电。。。。水经由热交流器和冷凝器等装置，，循环往复带走反应堆中一直爆发的“裂变能”。。。。

　　至此，，控制棒在整个系统中施展着至关主要的作用。。。。核裂变反应增多导致温度升高时，，控制棒自动伸入燃料棒之间吸收中子；；；；；；而当温度降低，，控制棒则自动拉出，，以增多核裂变反应的爆发。。。。

　　申泮文说，，在整个核反应堆系统中，，放射性物质都被滞留在关闭清静壳内，，以是核科学手艺专家以为核能为清洁能源是准确的。。。。

　　随后，，申泮文指出整个核电站的系统中，，保存着三个要害部位。。。。

　　首当其冲的要害，，是控制棒的自动控制系统。。。。若是无法使用控制棒，，中子会一直“繁衍”，，一直的核裂变反应就会一连天生热量。。。。以是，，控制棒是反应堆的“心脏”。。。。

　　其次，，热量交流历程中，，循环系统的两个水泵也是整个系统的要害。。。。申泮文形象地比喻到，，若是两个水泵阻止事情，，那就相当于人的“肠梗阻”，，不可把热量载运出来，，那就贫困了。。。。

　　剖析核�；；；；；；喝魉膊蛔　爸凶釉旆础�

　　申泮文指出，，核电站能否清静运行有三个方面的问题，，一是科学手艺基础是否准确，，二是规章制度是否严密，，三是治理是否合理。。。。而在�；；；；；；⒅�，，则需要找准并实时扑救要害险情，，以避免灾难的爆发。。。。

　　申泮文剖析说，，地动爆发之后福岛市的电网瘫痪是引发核电站�；；；；；；牡谝灰蛩�。。。。反应堆控制棒的自动操控系统和水泵，，都要依赖电力发动，，而地动引发停电之后，，核电站的备用电机据称均被海啸冲垮。。。。直至地动爆发后的第九天，，才最终接通电缆。。。。

　　核电站反应堆一直升高的温度，，批注控制系统确实完全“失控”。。。。中子在一直“繁衍”，，铀-235的核裂变反应也在一直举行；；；；；；而另一方面，，水循环系统遭到破损，，使得热量无法从“核芯”中被带出。。。。

　　在这种情形下，，申泮文指出最紧要的就是让中子“繁衍”阻止下来。。。。关于因停电而无法运转的自动装备，，申泮文以为“通常自动化的工具，，都应该有手动部分”，，应该想步伐手动解决控制棒的使用，，从而让中子不再天生。。。。

　　因停电导致的水泵无法事情则是另一个要害问题，，这使得整个核电站的冷却系统失灵，，无法将冷水注入循环系统。。。。“着实可以用柴油发念头发动马达，，实验把冷水打进去。。。。”申泮文说，，若是这个要领也无法实现，，则说明在设计上保存缺陷。。。。

　　在申泮文看来，，福岛的核�；；；；；；涣季梦茨芙饩�，，袒露出了许多手艺问题和治理问题。。。。他以为用飞机洒水等方法来处置惩罚，，是不可解决“中子在内里造反的”。。。。

　　而关于爆发氢气爆炸的缘故原由，，申泮文凭证自己掌握的有限资料剖析以为，，从化学角度讲，，随着温度的一直升高，，1000摄氏度以上的水，，就会自觉剖析为氢和氧。。。。加之金属氧化物和锆壳的催化作用，，也降低了水的剖析温度。。。。同时，，密封壳内的压力随温度升高而一直增强，，因此有可能清静壳被爆出了一个小口，，氢气随之外泄，，在降温历程中与氧气自觉连系便会爆发爆炸。。。。

　　点评核恐慌：切勿“杞人忧天”

　　随着福岛核电站几台机组先后传出爆炸声，，人们对爆发核走漏的担心也一直加重。。。�？？只徘樾鞯纳煺�，，让部分地区公众泛起抢购碘片、碘酒、碘盐等行为。。。。

　　针对吃碘片可以防辐射的说法，，申泮文强调这并不完全准确。。。。争抢碘片、碘盐等含碘商品的逻辑是，，人的甲状腺需要碘，，为了避免核裂变后爆发的碘-131这种放射性碘被人体吸收进入甲状腺中成为一个放射源，，因此，，可以服用碘片使得甲状腺中的碘抵达饱和，，饱和之后，，放射性的碘-131就无法进入人体。。。。

　　500克食盐中仅有15毫克碘化合物，，要想通过吃盐的方法让甲状腺中的碘获得饱和，，则需要吃6公斤盐。。。。“着实海水中的海带、鱼虾等水生生物都有碘，，甚至海风中也有碘。。。。寻常的食物、空气、土壤中也都含碘。。。。”申泮文体现，，我们人体内并不缺碘。。。。

　　申泮文强调说，，碘仅仅是核裂变爆发的众多放射性元素中的一个，，尚有锶和钡等其他元素同样具有放射性，，若是被人体呼吸进入身体，，有可能附着在骨头中成为放射源，，云云一来造成的危险将会更为严重。。。。

　　关于人们因日本核�；；；；；；⒌目只�，，申泮文希望各人定心，，切勿“杞人忧天”。。。。

　　他呼吁各人以此为鉴，，希望365速发国际核电站以后越日本核�；；；；；；凶芙崧睦萄�，，联合专家一起研究剖析真正的问题泉源，，并及早接纳防御步伐，，阻止未来犯同样过失。。。。

　　申泮文在讲座最后体现，，由于福岛核电站的许多现真相形尚不清朗，，他只希望小我私家的剖析能够与各人交流意见，，以使此次事务为365速发国际核电站生长留下镜鉴。。。。

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