水是否可以做核燃料?水中有大量的氢,能否可作为核反应原料?

水是否可以做核燃料?水中有大量的氢,能否可作为核反应原料?
水是否可以做核燃料?
水中有大量的氢,能否可作为核反应原料?

水是否可以做核燃料?水中有大量的氢,能否可作为核反应原料?
根据上述要求,一个核反应堆一般由以下几个部分组成：活性区,这是进行链式反应的地方；冷却系统,这是用来保证活性区不被烧坏,使热量能取出来加以利用的系统；控制系统,这是用来监察和控制链式反应进行的系统；防护系统,这是用于保护工作人员不受核辐射和放射性物质危害,并保证放射性物质不致污染环境的系统.
活性区是反应堆的心脏,主要由核燃料、馒化剂和控制棒组成,冷却剂也从这里通过.核燃料中含有裂变物质(如铀235),是用来进行链式反应的材料,它是反应堆核心的核心.
在反应堆中,通常有足够多的核燃料,使链式反应不但能进行,而且能够扩大规模,这样才能维持高功率运行.但是当链式反应发展到一定规模、反应堆具有足够高的功率时,要控制链式反应的发展,使反应堆的功率维持在一定水平上,就要去掉反应堆内的部分中子,不让它们参加链式反应,使中子增殖系数k等于1.
为了做到这一点,通常需采用能够强烈吸收中子的物质,如硼、镉等制成的所谓控制棒,来对反应堆的运行加以控制.控制棒放入堆内时,由于它们吸收了大量的中子,使链式反应的规模减小,反应堆的功率就下降,甚至停止运行；若把它们取出堆外,由于它们不再吸收中子,链式反应的规模就扩大,反应堆的功率也就上升；若把他们调整到适当的位置,就可以使反应堆在一定的功率下稳定运行.
反应堆就是这样通过控制棒来进行控制的.根据需要,可以随意地使反应堆启动、稳定运行或者停止下来.因此,反应堆内的链式反应是一种可控的自持链式反应.
费米等建造的世界上第一座反应堆采用天然铀作核燃料,石墨作慢化剂.这座反应堆是用大小约10×10×15立方厘米的石墨块“堆”成的,在一部分石墨块上钻有直径约为5厘米的圆孔,在圆孔内放置重约2千克的金属铀棒或氧化铀棒.
石墨块一层层地堆起来,没有铀棒的石墨块和带有铀棒的石墨块交替放置,一共50层.在第50层以上,再放四层用来反射中子的石墨.最上面是15厘米厚的铅板和1.5米厚的木材构成的防护层.侧面的防护层由30厘米厚石墨和1.5米厚混凝土做成.这座反应堆的总体积约为10×10×7立方米,总重量约为1400吨,内中装铀约52吨.
这座反应堆的运行是通过五根镀有镉的青铜棒进行控制的.其中一根穿过堆体；另一根可以插入堆内任何深度,用于调整反应堆的功率；其余三根是“安全棒”,平时放在堆外,必要时可迅速插入堆内,使链式反应立即停止.这座反应堆没有冷却设备,因此它的功率很小,总共只有几百瓦.
下面一段是费米对第一座反应堆首次启动情况的描述：“我们日夜期待的日子终于来到了.那一天,我们聚集在离地面约十英尺的平台上.面对着我们的就是大厅里的那堆‘建筑’.
“一位名叫韦尔的青年科学家站在我们下面,他的职责是操纵最后一根控制棒,以便校正反应.
“为了防止发生意外,我们采取了几道预防措施.反应堆里放有三组控制棒,一组是自动的；另一组是用绳索系定的安全棒,津恩掌握着绳索,一有出问题的迹象他就松开绳索,棒便会立刻插回堆里；最后一根控制棒仍插在堆里,它有启动、加速和停止反应的功能.这就是韦尔所操纵的那一根.
“因为以前从来没有人做过这种实验,为了安全起见,我们有一个‘控制液小组’,准备在控制棒万一失灵时,把镉盐溶液灌进堆里去.在实验开始前,我们还仔细地预演了各种安全预防措施.
“抽控制棒的时刻终于来到了.韦尔开始慢慢地抽出那根最重要的控制棒.那时,我们站在平台上,注视着各种指示仪表——它们能显示中子计数,并能告诉我们铀原子受到中子打击的速率到底有多快.
“上午十一点三十五分,正当计数器嗒嗒地响得正快的时候,突然轰隆一声巨响,自动安全棒已经插回反应堆里了——这是因为控制棒的安全指标定得太低了一点.
“也正好是该吃午饭的时候了.午餐时,每人心里都在想着这次实验,可是没有一个人过多地谈论它.
“下午二点半,韦尔又一英寸一英寸地把控制棒抽出、核对,再抽出、再核对…….
“不久,指示仪表上显示出中子强度开始以一种缓慢的、但是不断增长的速率在上升.这时,我们知道反应堆已经到达自持状态了.
“没有一根保险丝被烧断,也没有发出任何火焰闪光,它完全不象是一件奇迹的出现.但是对我们来说,这意味着,大规模释放核能只是时间的迟早而已.”
自从第一座反应堆成功地运行以后,各种各样的反应堆犹如雨后春笋,竞相问世.到目前为止,世界各国已建立了七百多座反应堆.反应堆大小不一,类型繁多.例如,按核燃料的种类分,可分成天然铀堆、加浓铀堆、钚堆；按慢化剂的种类分,可分成石墨堆、重水堆、轻水(即普通水)堆、气冷堆、熔盐堆等；按使用的中子能量又可分为热中子堆、中能中子堆和快中子堆；按用途分,则可分为动力堆、生产堆和研究试验堆等等.
铀作为一种新能源,是通过反应堆来实现的.用反应堆来发电,是反应堆的一个主要用途.利用原子能来发电,具有很大的优越性.首先,核电站所消耗的燃料量要比火电站少得多.例如一座电功率为一百万千瓦的火电站,一年要烧三百万吨煤,而同样功率的核电站,只要二、三十吨核燃料就够了,而且一次装料可以用上一年、两年,甚至更长的时间.
核燃料资源比化学燃料资源可提供大得多的能量,因此从长远观点来看,它更能满足生产发展的需要.对于缺煤少油的国家和边远地区,原子能发电更显示出特殊的优越性.
用原子能发电,还可以把化学燃料节省下来,使它们利用得更合理.因为煤和石油是制造合成纤维、塑料、医药、染料和人造橡胶等重要工业产品的优良原料,从发展的观点来看,单单为了获得能量而把它们烧掉是很可惜的.
发电用的反应堆主要有气冷堆、重水堆、轻水堆、快中子增殖堆几种类型.
气冷堆是用天然铀作燃料,石墨作慢化剂,氦气或二氧化碳气体作冷却剂(或称载热剂).
重水堆是是用天然铀作燃料,但用重水作慢化剂,用重水或普通水作冷却剂.
轻水堆又分为压水堆和沸水堆.这类反应堆用普通水作为慢化剂和冷却剂.虽然普通水具有良好的中子慢化性能和导热性质,但由于它吸收中子的能力很强,所以这类反应堆必须采用低加浓铀作燃料.在目前运行的核电站中,轻水堆所占的比例最大.
快中子增殖堆简称快堆,没有慢化剂,直接利用快中子进行链式反应.快堆有一个非常突出的优点,就是在这种反应堆内,每消耗掉一个裂变物质的原子核,还同时能生成一个以上新裂变物质的原子核,因此当这种过程继续下去时,一方面释放出大量的能量,以供发电之用,另一方面反应堆内的核燃料也越积越多.这种反应堆能更有效地利用铀资源,并且还可以利用储量比铀还丰富的钍资源,因此被认为是一种最有发展前途的反应堆.目前许多国家都在对这种反应堆进行积极研究,有些国家已建成了原型快堆.