核潜艇的反应堆会像原子弹一样爆炸吗?
众所周知,原子弹是利用轴235的裂变链式反应释放出巨大的能量,实现杀伤的目的。核潜艇的动力也是利用了铀235进行链式反应释放能量推动核潜艇螺旋桨转动前进的,核潜艇的反应堆会不会也有像原子弹一样爆炸成为一个核弹的危险呢?
要弄清楚这两者的区别,我们就要搞清楚为什么核潜艇能够将瞬间释放的巨大能量缓慢的送出到螺旋桨上呢?这就涉及到核反应的可控问题。核裂变的材料铀235是由原子核和核外电子组成,而原子核则由质子和中子组成,当用一个中子来轰击一个铀235原子核的时候,原子核就会裂变为两个质量较小的原子核,同时释放2到3个中子。 这2到3个中子再去撞击其他原子核就构成了链式反应,注意这一过程中,能量是不守恒的,消失的质量就按照爱因斯坦质能公式E=mc²变为能量,注意这只是一小部分的铀235质量,但释放的能量却是惊人的。
如果质量全部消失转化为能量,那就是能够瞬间毁灭地球的反物质武器了。核武器材料的铀浓缩纯度一般在90%以上,这种高纯度下一般难以控制反应的速度,链式反应会在不断的中子撞击中瞬间迸发出来。 而核潜艇采用的的核燃料则为了可控采取10%到20%纯度的铀235,天然的铀矿中铀235的浓度只有0.7%左右。要提高浓度就必须进行铀浓缩,目前浓缩方法主要是利用离心机,例如依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。
在每一个气体扩散级,当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时,其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级,而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。 在每一级中,铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。这就是所谓的气体扩散法,朝鲜宁边核设施里最关键的也是这个离心机。高纯度的铀也是和武器制造的最关键技术,一旦开机,国际社会就又会变得无比紧张。
核潜艇反应堆光控制核燃料的铀235纯度还不够,还要有办法控制整个反应过程。因为核裂变主要是中子撞击铀矿原子核,所以如果能采取一种办法减少中子数量那么整个核变过程就变得可控了,科学家们采取的办法是一般是利用硼、碳化硼、镉、银铟镉做的控制棒插入核反应堆里。 一般要插几十根,这样就可以有效的控制核反应过程和核反应堆的温度。切尔诺贝利核事故的原因就是因为操作人员擅自减少控制棒数量,而后出现操作失误,导致了核反应堆温度急剧升高,变得不可控,最终发生爆炸。
核反应堆还需要冷却,一般核潜艇是利用水来进行冷却,这些水带走核反应堆的能量后变成水蒸气拥有了气体动能,将其导引到涡轮上,就可以带动核潜艇螺旋桨旋转了。 所以,核潜艇在这些条件的制约下,不会发生原子弹一般的爆炸,但也有可能发生低能量的爆炸。不纯的铀爆炸后的核污染也是相当可怕的,现在很多恐怖分子都试图在黑市上搞到铀矿,然后加工到比较低的纯度后作出次级原子弹——也就是脏弹,这对人类是一个巨大的威胁。
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