“核能超人”转型记

幸运兔，你怎么一副心事重重的样子？

说来话长。今年是我国第一颗原子弹爆炸成功60周年。原子弹是一种核武器，学校因此要举办一场硬“核”科普演讲比赛，同学们说我是个小小知识库，一致推举我代表班级参赛。

这可是一个难得的机会，你得好好把握，充分准备！

我当然想好好准备，可是核武器属于军事秘密，我去哪里查资料呢？真是愁人。

别担心。虽然核能最开始的应用是核武器，但是早在1996年，我国就向世界宣布暂停核试验，转而将核能、核技术应用于生产、生活的各个领域。

核能那么危险，真的能走进我们的生活吗？

哈哈，这就是你孤陋寡闻了。今天就让我带你揭开“核能超人”的神秘面纱，看看它是如何完成转型的吧！

“核能超人”小档案

★居住地：原子核秘境

世间万物都是由小小的原子组成，而原子的心脏—— 原子核里住着强大的“核能超人”！一旦用特殊的方法进行召唤，“核能超人”就会开始变身，迫不及待地展示自己的能量。

★召唤术：核裂变、核聚变

核裂变：原子核由质子和中子两种微粒组成。一个重原子核被中子撞击后，会分裂成两个较轻的原子核，同时损失部分质量。这些质量没有凭空消失，而是变成了能量。不仅如此，原子核分裂时还会产生新的中子，新的中子继续撞击其他原子核引发连锁反应。这样，“核能超人”的能量就会不断增强。

根据爱因斯坦的质能方程 （ 表示能量， 表示质量，c为光速），即便只有一点点质量，它包含的能量也是巨大的！原子弹爆炸就是一种核裂变反应，它的破坏力惊人，相当于数万吨炸药同时爆炸。

核聚变：在上亿摄氏度的极端高温环境下，两个或多个轻原子核融合成一个较重的原子核，这个过程中也会损失部分质量，从而转化成能量。核聚变召唤出的“核能超人”能量更大！但是它的脾气特别火暴、个性十分挑剔，只有在太阳等恒星内部或条件极其“苛刻”的实验室里，才能一窥其真容。

太阳每时每刻都在发生核聚变反应。

电力全开去“上班”

“核能超人”这么可怕，除了军事领域，好像没有其他用武之地。

你可真是误会它了。核裂变召唤出的“核能超人”早就走上了工作岗位，向千家万户提供热情的服务，成为清洁能源领域的佼佼者。

火电厂利用煤、石油等燃料燃烧生成的热能，再经过一系列转换产生电能。核电站则是用核燃料代替煤、石油等，通过核裂变反应生成热能。如果说火电厂是一位不怕脏、不嫌累的苦干型劳模，那核电站就是一位能干的环保型精英，它不仅工作效率高，还十分爱干净。

高效：核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生惊人的热量。100千克的煤充分燃烧能将一辆洒水车的水烧开，而100千克核燃料充分裂变产生的热量可以将整个西湖的水煮沸。

清洁：核电站运行过程中不产生任何温室气体，更不会排放烟尘污染环境，是一种理想的清洁能源。我国要实现“双碳”目标，大力发展核电是一条重要途径。

第一步：控制暴脾气

我就纳闷了，这位能量爆棚的“核能超人”，是怎么控制自己的暴脾气的呢？我得向它学习。

为了让“核能超人”乖乖听话，科学家们想了各种办法，设计了一套控制核能的装置—— 反应堆。它可以控制核裂变的反应过程，让“核能超人”有序释放能量。

反应堆里主要有四种要素 ：燃料棒、控制棒、慢化剂、冷却剂。

燃料棒：燃料棒内装有可裂变物质，如铀-235，它是能量的源泉。

控制棒：与煤炭的燃烧相比，原子核的“燃烧”困难重重。撞击原子核的中子数量不能太多也不能太少，否则会导致反应太过剧烈甚至爆炸，或太过微弱直至“熄火”。控制棒由能够吸收中子的材料制成，通过移动位置可以精准控制中子的数量，避免反应失控。这个过程如同给“核能超人”戴上一个金箍儿，确保其能量的可控释放。

慢化剂：除了数量，中子的速度也需要精确调控。如果中子速度过快，它们可能会与核燃料的原子核“擦肩而过”，降低反应效率。为此，科学家们在反应堆中加入慢化剂，比如水。当中子与慢化剂的原子核发生碰撞，速度就会降低，从而提高核燃料的反应效率。

冷却剂：核裂变过程中会产生大量热量，如果不及时排出，可能会引发事故。冷却剂循环流动，将反应堆中的热量带走并散发到外界环境中，确保反应堆的安全运行。

第二步：请来小助手

士别三日，当刮目相看！快带我去看看“核能超人”工作时的模样！

没问题。“核能超人”有三个得力助手，我带你去认识一下。

正在运行的大部分核电站使用的反应堆是“压水堆”。反应堆里充满了水，作为冷却剂和慢化剂，这些水被施加了很高的压力，在高温下仍然可以保持液体状态而不沸腾，从而得名“压水堆”。压水堆核电站一般有三条水回路，它们是“核能超人”的得力助手。

一回路：这是核电站最核心的地方，“核能超人”就在这里工作。它释放出惊人的热量，将一回路中的水加热到300摄氏度以上。

二回路：一回路的高温高压水流进入蒸汽发生器，将热量传递给二回路的水，使水沸腾转化为蒸汽。这股蒸汽通过管道涌入汽轮机，驱动叶片飞速旋转，进而带动发电机发电。

三回路：通过水泵将海水或河水输送到冷凝器中，在冷凝器中将二回路的蒸汽冷凝成水，之后将热量带出。

将热量传递出去后，一回路的水温度下降，开始下一次循环之旅。

第三步：组建安保队

怪不得核电站都在海边安家。不过，我听说核电站是一个大型辐射源，一旦发生事故，后果不堪设想！

是的，历史上的几次严重核事故给人类敲响了警钟。为了防止悲剧重演，第三代、第四代核电站采取了更严格的安全措施。

首先是从内到外的三道实体屏障。第一道屏障是包裹核燃料的特制金属管；第二道屏障是包裹着反应堆的压力容器及管道；第三道屏障是包裹着所有反应装置的混凝土安全壳。此外，还有自动插入控制棒、快速“刹车”的紧急停堆系统，自动向反应堆注水、快速降温的应急冷却系统等各类安保措施。

中国第三代核电机组“华龙一号”不仅配备了双层安全壳（1.3米厚的内壳和1.8米厚的外壳），可同时抵御内部的爆炸和外部的撞击，还配备了先进的非能动系统，这样即便所有备用电源都失效也可以自如应对。

2023年12月，中国自主研发的全球首座第四代核电站正式投入商业运行，它被称为“不会熔毁的核反应堆”。因为核燃料被耐高温的特殊材料层层包裹成了一个圆球，最高可承受1620摄氏度的高温，发生核泄漏的概率几乎为零。

在科学家的引导下，“核能超人”成功转型，成为清洁能源领域的佼佼者。同时，核技术也被广泛应用于材料改性、消毒灭菌、无损检测、医学诊断治疗等众多领域。想要对它有更多的了解，就去生活中找一找吧。

（栏目编辑：李瑚）