答案是……

快速滋生反應器和核能發電廠有什麼不同?

美國紐約州阿模斯特的MJW公司資深健康物理學家卡拉姆(P. Andrew Karam)解答如下:


翻譯/甘錫安

答案是……

快速滋生反應器和核能發電廠有什麼不同?

美國紐約州阿模斯特的MJW公司資深健康物理學家卡拉姆(P. Andrew Karam)解答如下:


翻譯/甘錫安

快速滋生反應器除了像一般核能發電廠一樣能產生電力,還會使用所謂的「快中子」,製造出比消耗量多出30%的燃料。


核子反應器產生能量的方式是核分裂,原子核在反應過程中分裂成兩個以上較小的原子核。原子核分裂時,一小部份質量轉變成能量,反應器控制連鎖反應,藉以控制產生的能量。鈾原子核分裂時產生兩個以上的中子,被其他原子核吸收,繼續讓其他原子核發生分裂。放出的中子越來越多,分裂反應也不斷發生。核分裂製造出的這些中子能量極高、速度極快,因而沒辦法有效地造成核分裂。為維持反應延續,反應器多半會使用緩和劑將中子的能量降到最適當的程度,緩和劑通常是水或氦。


相反的,快速反應器使用液態鈉等效率較低的緩和冷卻劑,讓中子保持較高的能量。這些快中子造成核分裂的效果雖然不好,但有其他優點,就是它能很快被同位素鈾238吸收,形成鈽239。某些反應器在設計上可提高鈽的產量,用來當做燃料或製造核武。製造燃料多於消耗燃料的反應器稱為「滋生反應器」,它的運作是利用鈾238的特性優勢:和鈾235相較,比較不會分裂。


商業化核反應器使用的鈾燃料通常經過濃縮,鈾235的濃度最高為8%。雖然這些佔少數的同位素可以進行大量分裂,產生能量,但燃料中大多數的原子還是鈾238,準備變成鈽239原子。


鈽239其實比鈾235還容易分裂,但這個分裂反應會降低燃料的鈽含量,所以許多滋生反應器都是快速反應器。快中子很適合用於製造鈽,因為鈾238很容易吸收快中子形成鈽239,而且快中子不易造成分裂反應,可以避免鈽239分裂而消耗掉。


在核反應器中製造更多的燃料其實不是沒有風險的。製造出來的鈽可能會促進核子增生反應,而且提煉鈽必須進行的燃料再製,會產生放射性廢料,可能造成大量放射線外洩。基於這些理由,前美國總統卡特於1977年禁止在美國進行這類再製。目前只有印度、俄羅斯、日本和中國等國家有快速滋生反應爐計畫,美國、英國、法國和德國都已停用這類反應器。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2006年第57期11月號】



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