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一顆氫彈就能把百萬噸核廢水全處理掉?純科學分析一下是否可行

日本決定排放核廢水的事, 一直是大家關注的焦點。

該如何處理核廢水是見仁見智, 但總之不應該排放, 這是對全世界不負責任。 人馬君看到一些報導提到, 有俄羅斯專家給日本支招:「核廢水一直在產生, 是因為地底下還存在洩漏的堆芯物質, 一直在發生核反應, 如果在福島爆炸一顆氫彈, 可以加速核反應, 徹底消除放射性的根源, 從此就沒有後顧之憂了。 」

如果這位專家能給出這樣的建議, 只存在兩種可能性:要麼他是出於對日本的義憤, 在開玩笑吐槽。

如果不是這種情況, 那他一定不能算作核子物理或反應堆方面的專家!理由如下:

福島堆芯是否還在反應?

福島核廢水的罪魁禍首是2011年核事故中熔毀的堆芯。

這些熔融的堆芯物質熔穿了壓力容器底部封頭而流出堆外, 接著很可能又燒穿了安全殼的混凝土底板, 進入了地下, 持續不斷的污染著地下水。 當年的切爾諾貝利事故, 蘇聯花費巨大代價將反應堆的下方封了起來, 避免了堆芯物質向地下蔓延擴散, 這一點上日本的表現遠不如蘇聯。

福島核電站堆芯熔化, 熔融物燒穿壓力容器

這些堆芯熔融物現在還在發生核裂變反應嗎?

大概率已經停止了, 因為反應堆在海嘯前已經[插·入]控制棒停堆。 堆芯熔化是由於剩餘的衰變熱。 但熔化後堆芯便失去了正常幾何形狀, 熔融物聚集成一團時仍有可能重新臨界發生裂變, 但這種情況更可能發生在事故後的較短時期。

由於民用核電站使用的是低濃鈾, 靠的是低速的慢中子引發裂變, 需要水作為中子減速劑, 聚成一團的熔融物不利於中子減速, 而控制棒中的中子吸收體在熔化時也很有可能進入了熔融物中。

況且進入地下的熔融物由於不斷下沉, 體積會越來越小, 這些都會使其無法臨界。

現在核事故已過去10年, 如果堆芯物質還在裂變, 會產生大量中子和具有極強放射性的裂變氣體, 這些氣體會逸出地表, 造成嚴重後果。 從福島的現狀來看, 並沒有明顯地觀測到這種現象。

進入地下的堆芯物質持續污染地下水

因此, 那些融化的反應堆物質還在發生裂變反應的概率極低, 但這並不代表它沒有危險, 堆芯物質主要是經歷過長期運行的舊燃料, 即便現在不裂變了, 仍然包含大量裂變產物, 輻射劑量超強, 如果人過於靠近, 會在短時間內去世。 在經歷了10年的冷卻後,

這些物質的衰變熱已經比較低, 但仍需繼續冷卻, 並且還在污染地下水。 那麼疏散附近人口後, 在福島核電站廠區引爆一顆大當量氫彈, 能否處理掉這些堆芯物質呢?

氫彈能否將堆芯物質無害化?

那位俄羅斯專家說氫彈可以加快核反應, 消除堆芯物質的放射性。

前面已經分析過, 反應堆現在還在發生核裂變反應的概率極小。 即便它真的還在反應, 用氫彈來加快它也是天方夜譚, 因為氫彈發出的中子全都是高能的快中子, 而商用反應堆的鈾235富集度不高, 需要有慢中子才能有效的裂變。

氫彈爆炸產生的快中子不僅不能加快鈾235的裂變, 還會將其中大量的鈾238轉化為鈈239, 這樣裂變物質的量還會增加。

沙皇炸彈

再說了, 即使咱們打破物理規律, 假設快中子真能加快核裂變反應, 那又有什麼用呢?真正具有強放射性並不是鈾235、鈾238或鈈239, 而是它們裂變的產物, 例如堆芯和核廢水中的銫137、鈷60、碘129、氚等等。 如果氫彈真的加快了裂變, 這些裂變產物的釋放量將大大增加, 更加劇了核事故的災難。

也有網友會說,這些強放射性的裂變產物也可以與氫彈釋放出的中子反應,變成沒有放射性的物質。這些讀者大約是看過「嬗變堆」的報導,知道可以用嬗變的方法處理核廢料。但嬗變可不是簡單的消除放射性,而是只能將長壽命的次錒系核素轉化成短壽命的核素,這樣原本需要儲存上萬年的核廢料,只需儲存幾十上百年就可以了。

然而福島熔毀堆芯和核廢水中放射性最強的恰恰就是短壽命核素,這些核素經中子照射後反而有可能變成長壽命核素。本來儲存幾十年就解決的事,反而被搞成萬年的禍患了。況且嬗變也需要慢中子和長期運行,氫彈發出的高能快中子與這些核素也不容易反應。

加速器驅動的嬗變系統

還有更搞笑的,說氫彈產生的高溫會把物質等離子化,放射性就沒了!這是完全沒理解什麼是放射性。除非通過核反應變成另外一種同位素,否則放射性核素的輻射和半衰期雷打不動,不管是變成氣態還是等離子態,都會按照固定的半衰期衰變,高溫並不能加快這一進程!

既然氫彈處理不了堆芯以及核廢水中的裂變產物,那我們退而求其次,處理掉核廢水中的氚可不可以呢?畢竟氚可以聚變嘛,把它聚變掉也是大功一件!事實真的如此嗎?

氫彈能去除核廢水中的氚嗎?

如果專門挑一個地方,比如地下的巖洞,並把核廢水裝進一個大水箱裡,將氫彈放置在中央並引爆,能否將核廢水中的氚一股腦清除呢?並不能!核廢水的總氚含量不到3克,它確實可以聚變。用氫彈產生的高溫高壓來使氚和水中的氘發生聚變,貌似可以大功告成,但這3克氚裡有多少能夠發生聚變並不好說。

120多萬噸核廢水

然而主要問題還不在這,因為氫彈本身也會產生氚,作為氫彈引信的原子彈會發生裂變,從而生成氚。而氫彈的聚變材料是氘化鋰,本身就是靠中子轟擊鋰6來製造氚,這些氚也未必會全部被聚變消耗。一枚氫彈一般裝有幾十公斤的氘化鋰,只要有一小部分生成的氚沒參與聚變,本身殘留的氚就很可能超過核廢水所含的量。

事實上地球上的氚有很大一部分就是人類核子試驗產生的。在上世紀50到60年代,美蘇大肆進行核子試驗,大量氚進入大氣層,氚可不是惰性氣體,不像氦氣那樣不和別的物質反應,它很快就會轉化為氚水,並隨著降雨落回地面,導致海洋和陸地水體中的氚含量急劇增加。為了清除氚,反而生成更多的氚,何苦呢?

沙皇氫彈爆炸場景

如果真的用氫彈來處理,則將是一場史無前例的災難

用氫彈處理的理論還忽略了一個根本因素:如果想處理堆芯,就需要在福島廠區引爆,而放射性又沒處理掉,大量核物質會被炸到高空,放射性煙雲會擴散到全世界,而首當其衝受害的就是東亞各國。當年切爾諾貝利事故的爆炸威力遠沒有這麼大,還造成了歐洲大片地區的沾染,如果真的用氫彈來炸堆芯,那全世界將無人能夠倖免。講到這裡,您還相信用氫彈能解決核廢水問題嗎?

也有網友會說,這些強放射性的裂變產物也可以與氫彈釋放出的中子反應,變成沒有放射性的物質。這些讀者大約是看過「嬗變堆」的報導,知道可以用嬗變的方法處理核廢料。但嬗變可不是簡單的消除放射性,而是只能將長壽命的次錒系核素轉化成短壽命的核素,這樣原本需要儲存上萬年的核廢料,只需儲存幾十上百年就可以了。

然而福島熔毀堆芯和核廢水中放射性最強的恰恰就是短壽命核素,這些核素經中子照射後反而有可能變成長壽命核素。本來儲存幾十年就解決的事,反而被搞成萬年的禍患了。況且嬗變也需要慢中子和長期運行,氫彈發出的高能快中子與這些核素也不容易反應。

加速器驅動的嬗變系統

還有更搞笑的,說氫彈產生的高溫會把物質等離子化,放射性就沒了!這是完全沒理解什麼是放射性。除非通過核反應變成另外一種同位素,否則放射性核素的輻射和半衰期雷打不動,不管是變成氣態還是等離子態,都會按照固定的半衰期衰變,高溫並不能加快這一進程!

既然氫彈處理不了堆芯以及核廢水中的裂變產物,那我們退而求其次,處理掉核廢水中的氚可不可以呢?畢竟氚可以聚變嘛,把它聚變掉也是大功一件!事實真的如此嗎?

氫彈能去除核廢水中的氚嗎?

如果專門挑一個地方,比如地下的巖洞,並把核廢水裝進一個大水箱裡,將氫彈放置在中央並引爆,能否將核廢水中的氚一股腦清除呢?並不能!核廢水的總氚含量不到3克,它確實可以聚變。用氫彈產生的高溫高壓來使氚和水中的氘發生聚變,貌似可以大功告成,但這3克氚裡有多少能夠發生聚變並不好說。

120多萬噸核廢水

然而主要問題還不在這,因為氫彈本身也會產生氚,作為氫彈引信的原子彈會發生裂變,從而生成氚。而氫彈的聚變材料是氘化鋰,本身就是靠中子轟擊鋰6來製造氚,這些氚也未必會全部被聚變消耗。一枚氫彈一般裝有幾十公斤的氘化鋰,只要有一小部分生成的氚沒參與聚變,本身殘留的氚就很可能超過核廢水所含的量。

事實上地球上的氚有很大一部分就是人類核子試驗產生的。在上世紀50到60年代,美蘇大肆進行核子試驗,大量氚進入大氣層,氚可不是惰性氣體,不像氦氣那樣不和別的物質反應,它很快就會轉化為氚水,並隨著降雨落回地面,導致海洋和陸地水體中的氚含量急劇增加。為了清除氚,反而生成更多的氚,何苦呢?

沙皇氫彈爆炸場景

如果真的用氫彈來處理,則將是一場史無前例的災難

用氫彈處理的理論還忽略了一個根本因素:如果想處理堆芯,就需要在福島廠區引爆,而放射性又沒處理掉,大量核物質會被炸到高空,放射性煙雲會擴散到全世界,而首當其衝受害的就是東亞各國。當年切爾諾貝利事故的爆炸威力遠沒有這麼大,還造成了歐洲大片地區的沾染,如果真的用氫彈來炸堆芯,那全世界將無人能夠倖免。講到這裡,您還相信用氫彈能解決核廢水問題嗎?

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