斯坦福工程碩士與你分享：駭人聽聞的“切爾諾貝利”核爆炸是如何發生的？

核能發電的能量來自核反應堆中可裂變材料（核燃料）進行裂變反應所釋放的裂變能。

裂變反應指鈾-235、钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。

反應中，可裂變物的原子核吸收一個中子后發生裂變并放出兩三個中子。

若這些中子除 去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變，使裂變自持地進行，則這種反應稱為鏈式裂變反應。

實現鏈式反應是核能發電的前提。

核電站就是利用一座或若干座動力反應堆所產生的熱能來發電，或發電兼供熱的動力設施。

反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行。

核電站用的燃料是鈾。

用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能，再用處于高壓下的水把熱能帶出，在蒸汽發生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來。

大家也知道原子彈彈的威力， 核裂變的鏈式反應一旦失控就會在非常短的時間內釋放出大量的能量， 所以核電廠的安全措施是非常嚴格的。

那么為什么切爾諾貝利核電站的一個反應堆會在1986年突然爆炸， 導致大量強輻射物質泄露呢？

根據事故報告，簡單地來說就是操作人員違反規章制度， 在一次演習中切斷了冷卻水卻沒有停止反應導致反應堆內溫度過高最終引發爆炸。

然而這次事故也不能完全歸罪于工作人員的誤操作， 反應堆本身的設計缺陷也是重要原因。

在美國讀本科時，我的一個教授很自豪地講過， 在美國的核電站中就算發生這樣的誤操作也不會導致反應堆過熱爆炸。

反應堆中的重元素需要一個速度較慢的中子撞擊才能引發裂變， 并放出新的速度較快的中子， 那么要將反應維持下去并保持穩定的速率就必須把一定數量的中子的速度降下來。

這些減低中子速度的物質被稱為中子慢化劑。

在核反應堆的設計中， 中子慢化劑一般是石墨片或者水。

如果中子慢化劑是水， 那么冷卻水和作為中子慢化劑的水將會從同一個閘口進入反應堆， 也就是說只要冷卻水被切斷了， 中子就無法被減速， 反應也無法維持下去。

在切爾諾貝利核電站中， 中子慢化劑是石墨片， 就算在冷卻水被切斷的情況下， 反應還會繼續發生， 最終導致了悲劇的發生。

這場災難后， 有50萬人以上直接受到嚴重的輻射影響， 收到不同程度的影響的人數據估計有20億， 消除事故后遺癥需要800年。

在A-Level物理的學習中， 核裂變也是知識點之一。

具體的反應式不要求掌握， 不過要會描述裂變是重元素分裂放出大量能量的過程， 也要知道裂變發電會產生很多放射性廢料。

本 文 作 者

Xiao Du

A+學院優秀理科教師

教育背景

斯坦福大學 (Stanford University)

-機械工程碩士

伊利諾伊大學香檳分校 (UIUC)

-工程物理學士 （最高榮譽畢業）

教學風格

留學歐美七年

對美國高等教育系統有深刻理解

個性化輔導，注重實戰效果

擅長科目

A-Level 物理， GRE閱讀， 數學

托福，SAT，GRE高分

留學考試實戰經驗豐富

學生評價

“率性和認真的完美結合。”

-“理科藝術家的風范。”