這個問題本來想早點就去蒐集資料研究一下,不過實在太忙,所以拖到現在。
本來以為我的舊教科書要修改了,不過點進原PO提供的連結看了一下之後,發現 ... 或許
要update的部份並沒有那麼多。
※ 引述《armida (東岐明)》之銘言:
: ※ 引述《armida (東岐明)》之銘言:
: : 看了上述影片《搶救切爾諾貝爾》第四節,有個不懂的問題想請教。
: : 關於片中所提可能會發生第二次爆炸。
: : 為什麼片中會說溶鈾接觸到水會引起等同核彈等級的大爆炸?
這是最初的問題。
Hans Blix 在影片中提到二次爆炸時的說法是「某專家的友人聽到傳說,會有二次爆炸」
然後有蘇聯的核彈專家 Vassili Nesterenko 提到相關議題。不過因為影片中混雜了動畫
和旁白,我很難確定「explosion comparable to atom bomb」這句話是專家的意思,還是
紀錄片拍攝者的意思。
無論如何,除非有機會直接去問Dr. Blix,大概永遠不會有答案了,因為Dr. Nesterenko
已經於2008 過世。他是一位偉大的科學家,而且後半生致力於公開車諾比損害的真相。
: 找到相關資料了,冷卻水可以扮演中子反射劑的角色。
: 所以可能的解釋如下(不知正確與否?):
: 當高濃度核燃料熔鈾鈽燒透下層地板而落入水池中逐漸累積。
: 等於是一團臨界反應的高濃度鈾鈽混合體被整池中子反射劑所包圍。
: 會加速整個連鎖反應而引發核彈爆炸。
: 如果上述推斷就是車諾比可能二次爆炸的原因。
: 那現在的福島事故也有可能引起核爆。
: 這與反應爐的設計型式無關,只要熔毀分離成一團鈽鈾混合體,到達臨界反應,
: 再加上冷卻水作為中子反射劑,就有可能產生核爆。
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要嘗試回答這個問題很不容易,首先得瞭解一下核分裂連鎖反應。
http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_multiplication_factor#Effective_neutron_multiplication_factor
簡單來說,以鈾235為燃料的連鎖反應開端是一個能量適當的中子撞到一個鈾235原子核,
然後鈾235會分裂為兩個新的元素,並且釋放2~3個中子。
這2~3個中子就是關鍵。
如果讓這2~3個中子又去撞到其他鈾235,那麼:1=>2~3=>4~9 ... 連鎖反應就產生了!
但是我們肉眼看上去很緊密的物質,其實從原子核的尺度來看有點像銀河系裡面的眾多太
陽,彼此之間其實有很大的虛無空間。一個中子就好像一顆走失的彗星或者行星,它也可
能從這些虛無空間中穿出去,而不會撞到任何一個恆星。
因為鈾235在自然界中出現的比率其實很小(<1%),多半是鈾238,所以自然界不會隨隨便
便就產生核爆。
我們必須把鈾235的濃度大幅提高,才會出現核分裂連鎖反應。例如核電廠的燃料鈾235約
5%,而原子彈的濃度必須高達>80%
除了鈾235濃度之外,其他能影響中子的東西(例如原PO連結中提到的水),也會造成或
避免核分裂連鎖反應。原PO提到水能反射中子,讓它逃不出去,就能增加連鎖反應。相反
地,石墨或者硼酸能吸收中子,就能降低或阻止連鎖反應。
不過石墨會燃燒,成為另外一個問題。這也是車諾比爾為什麼會這麼慘的原因之一
所以用最簡單的話來說,N個鈾235反應假設產生3N個中子,而其中如果有N個能夠繼續撞
擊到下一個鈾235,那連鎖反應就會產生了。這稱為臨界。
不過臨界(或說超臨界)有兩種,剛好超過和超過很多。剛好超過就是一般核電廠中發生
的狀況,因為在可控制範圍內,而且因為熱脹冷縮的關係,鈾235受熱之後會變得更不容易
被中子撞到,所以會降低核分裂連鎖反應。這樣一來又降到臨界以下。
所以在核電廠中,核分裂就在臨界點上下跳動(我又臨界了,我又不臨界了,我又臨界
了,我又不臨界了,...你打我呀)
而原子彈因為鈾235濃度非常高,是超過很多的臨界,所以核分裂會在瞬間大量反應,造成
強大的爆炸威力。
: 以下為所查資料
: http://www.aec.gov.tw/previous/control/other_reports_r3-1.htm
: 日本茨城縣東海村JCO核燃料處理工廠臨界事故總結報告
現在回到這個連結討論的事故。首先,工人犯的錯誤是把濃縮鈾倒入錯誤的地方
(節錄)
JCO工廠主要從事鈾燃料轉化作業,將六氟化鈾(UF6)、鈾礦或是黃餅碎片轉
換至粉狀二氧化鈾 (UO2) 或是硝酸鈾。由於三名現場工作人員變更作業程序
,將超過臨界質量的濃縮鈾倒入沉澱槽中,導致臨界發生。日本中央及地方
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政府紛紛成立對策本部,展開救災。經派員洩除沉澱槽外冷卻水,並將硼酸
溶液灌注入沉澱槽後,才成功終止將近廿小時之鈾燃料臨界。
我沒有看到它具體說明鈾235量,故無法做最後判斷。不過,合理推測是5%左右,因為更
高濃度是武器用途,不太可能在日本出現。
另外,這裡提到的臨界,在報告中並沒有明確標示是剛好超過還是超過很多,所以只能
合理推測是剛好超過而已,因為濃縮鈾235我們已經合理推測約5%
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最後結論:
水反射中子的能力算是我新學到的東西(或許以前老師教過,只是我打瞌睡錯過)。是否
可能在車諾比爾中成為核爆的原因?我不知道。
畢竟,車諾比爾的第二次爆炸也只是「擔心」會發生,而最後並沒有發生的事件。
它大概就成為人類史上永久的謎了。
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我並非核子工程專業,所以不待Justin Elliott打我的槍,先自首。
註:Justin Elliott寫了篇文章
http://www.salon.com/news/politics/war_room/2011/03/15/josef_oehmen_nuclear_not_worried_viral
反駁另外一篇討論日本福島電廠危機的文章,
http://www.techbang.com.tw/posts/5168-why-am-i-not-worried-about-japans-nuclear-power-plants?page=2
然而令人失望的是:除了指出文章作者是MIT商學院的的學者,並非核能專家之外,
Justin 本人沒有反駁該學者任何重要的事情。
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