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临界反应 为什么核反应堆的临界事故一般不会引发核爆炸?

临界事故(英文:critical event)是核反应堆连锁反应引发的事故,导致电力无序度突然增大。浓缩铀或钚等裂变材料中的链式反应会产生强烈的中子辐射,对人类造成极大的伤害,并在周围环境中引起诱发放射性。临界或超临界核裂变通常发生在反应堆堆芯或实验中。

临界事故虽然有害,但一般不符合原子弹的设计条件,所以一般不会引发核爆炸。核反应产生的热量可能会使核材料膨胀,所以几秒钟后材料会再次处于亚临界状态,反应就会停止。在原子能的发展中,在反应堆外收集裂变材料时发生了60起临界事故,其中一些事故导致事故现场附近的人因过度辐射而死亡。然而,没有事故造成爆炸。

戈迪瓦夫人大会在安全运行期间的状态

1954年2月事故造成的损失。请注意两幅图中设备之间的差异。

事故原因

将铀或钚的简单物质、化合物或溶液混合可能导致临界事故。决定混合物是否达到临界点(即是否发生临界反应)的因素包括:同位素的比例;材料的形状;溶液的化学成分;化合物或合金的类型;复合材料及周边材料。预测材料达到临界状态的可能性的计算是复杂的,因此民用和军用核设施都需要由专门的人员进行监控,以避免临界反应。

临界事故大致可分为两类。

1.当所有预防措施在运行过程中失败时,就会发生运行事故。

2、反应堆事故,反应堆失控,达到临界状态。根据反应的发展过程,事故可分为四种类型:

首先,事故会瞬间发生,并很快达到临界状态

二、只有在短时间内达到事故的临界状态

三.潜在事故

四.稳定发展的事故

可见现象

1.蓝辉光

(不同于电离空气体辉光)很多临界事故都伴随着这种蓝色的辉光,可以瞬间加热周围的物体。这种蓝色闪光(或称辉光)常被误认为切向伦科夫辐射,因为这两种现象发出的闪光颜色相似,但这只是巧合。

图片中的蓝光是由加速粒子流(可能是氢核或氘)电离周围的空气体产生的

临界事故中的蓝光是空气体中电离的激发态原子(或分子)回到非激发态时发出的光谱,主要由氧和氮产生。所以,空气体会产生电火花,甚至形成浅蓝色的闪电。切向伦科夫辐射产生的蓝光颜色与电离空气体产生的蓝光颜色非常相似,但这只是巧合,它们的形成原理大相径庭。值得强调的是,臭氧的气味据说是切尔诺贝利液化器周围环境辐射过度的信号。伦科夫辐射可能发出大量蓝光的唯一情况是在后处理厂的高密度介质(如水和硝酸铀酰)中达到临界条件。而这只能在容器是透明的或者打开的时候才能观察到。

2.热放出

一些经历过临界事故的人报告说感觉到了“热浪”。然而,我们仍然不知道这是对刚刚发生的恐怖事件的心理反应,还是事故释放的大量能量造成的真实物理热效应(还是非热信号触发了皮肤中的热感受器)。比如在路易斯斯洛廷发生事故时,大约发生了3×1015次裂变,但由此产生的能量只能使皮肤温度升高百分之几。然而,当时钚球中积累的能量约为80kJ,足以将一个重6.2千克的钚球的温度提高约100℃(钚的比热约为0.13J·g-1k-1)。金属的热辐射足以让附近的人感受到温度的上升。这种解释不足以解释临界事故中受害者的感受,因为离钚球几英尺远的人也感受到了热量。也有可能是电离辐射造成电离损伤,在细胞水平形成自由基,损伤组织,使人感觉灼热。

钚球被碳化钨包裹,碳化钨可以反射中子,这是1945年哈里·大连进行的实验的场景再现

另一种可能的解释是,产生热量的现象是在观察到蓝光后推断出来的。一份关于所有临界事故的目击者报告显示,只有当有蓝光时,才会有热辐射。这可能意味着这两种现象之间有联系,其中一种可以立即观察到。在收集和分析来自周围致密(非电离)空气体中的氮原子和氧原子的辐射后,发现约30%的辐射在紫外波段,约45%在红外波段。因为皮肤可以感受到热量形式的红外线,紫外线可以导致晒伤,这大概就解释了为什么目击者会感受到热浪。

斯洛廷事故的再现

斯洛廷事故的再现。手旁有拇指孔的半球是用铍做的,代替了“胖子”原子弹里填充的铀。下面较大的半球是铝制的。直径3.5英寸(89毫米)的钚是“魔鬼核”(与导致大连事故的是同一颗)。当时它在两个半球的中间,在外面可能看不到,但根据旁边的两个小半球可以想象它的大小。

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