[kiwaho]

副標題：核電站中子年產量約1kg，核廢水攤幾何?



核電站靠鈾235同位素的巨大裂變熱量，把熱機的工質水燒開，過熱至高壓蒸汽，推動汽輪機發電。

核燃料U235原子核被一個慢速中子碰瓷破裂，蹦出兩個小原子核碎片，外加2至3個熱中子。

具體的碎態有60多種花樣，任一碎態的平均產熱250MeV以上，平均生產中子2.5個，也即每生產一個新中子，可以產熱100MeV。

中子無電荷，可在燃料棒內外橫沖直闖。因為：假設把一個原子放大到足球場那麼大，位居中心的原子核也就足球那麼大，按比例放大後的中子則比乒乓球大一些。核外是空曠的電子雲空間，相當於隸屬原子核心的中央警備團巡邏地盤。然而這道電子雲屏障，對中子來說，形同虛設。

放蕩不羈的中子輕易可溜出燃料棒，跑進被加熱的水中，很難再游回燃料棒。最後要麼與水分子中的氫原子核擦出火花，熔合為氫的同位素氘，要麼與先前生成的氘再熔合為氚。

唯有這個氚是個不穩定的同位素，隨時會衰變成氦的同位素He3，並射出18KeV以下動能強勁的電子。大約12年後，有一半的氚會變成氦。水分子H2O可能因此突然丟失一個氫原子，變成自由基HO；若水分子的2個氫都是氚，全變氦後剩下孤氧，反而有益健康。

其實，很多先富起來的人，早就與氚打上了交道：名貴手表通常都有夜光功能，指針、時標上都有含氚的熒光粉。只是科普不到位，消費者也許不知情。

另一方面，棒內逸出一個中子，就少一個觸發裂變的“撥火棍”份子。假設極端情況：新生中子都沒在燃料棒內撞破任何核，就急匆匆跑出棒外，此時的燃料棒將會熄火。實際上，合理設計的燃料棒，U235濃度的商用保障，可使大多數中子，能在棒內幹幾次爆破的正經事後再逸出。這叫可持續鏈式核裂變反應。

習題：試算秦山核電站每年的中子產量。

已知：

滿負荷額定發電功率300MW（采用設備銘牌）；

熱機效率33%（合理假定值）；

1MeV = 1.7*10^-13J；

中子質量1.7*10^-27kg；

100MeV/每中子誘發裂變產熱；

求解：

年理論極限發電量 = 365*24*300000 = 2.9*10^9kwh = 29億度電。

年預期發電量 = 年極限發電量 * 負荷占空比 = 29 * 0.6 = 17.4億度電。這裡采用0.6作為負荷占空比，是本人的經驗值，充分考慮了廠礦企業晚上以及節假日不開工，且設備每年都需例行的保養檢修工時。

年實際發電量 = 17億度電。此數摘自該核電廠的營銷業績年報。對比預期值，說明占空比系數還算靠譜。

折合每公斤中子的產熱：10^16J/kg;

年發電量折算成熱機的輸入熱量 = 1.7*10^9/33% = 5.1*10^9kwh/year = 5.1*10^9*3.6*10^6 = 1.84*10^16J/year

所以，中子的年產量 = 1.84公斤。

中子密度極高，吃飯用的一小勺中子，比喜馬拉雅山還重！

跑到水裡搞搞震，只是中子的出路之一，還有較大一部分比例，被燃料棒的主體基礎原子U238吸收，變成中間產物U239，約莫23分鍾後，衰變為Np，再2.4天後變為鈽 – 核武器氫彈聚變點火的高級燃料。

為了控制晝夜/節日負荷的峰谷波動，需要火力調控。一般用鎘材料制成的中子吸收棒，控制插入堆芯的深度。插的越深，吸收中子越多，核火力越小，反之，加大火力。這是中子的另一顯著歸屬。

裂變生成物繁多，加上容器，結構件等等，涉及到的雜七雜八的原子，都有可能與中子啪啪啪打野炮。中子在這方向的出路，可能份額不大。

自由中子的壽命約15分鍾，如果在短期內沒有發生融入其它核的事件，最後的出路就是衰變為氫原子，之後2個氫原子結合成易燃易爆的氫氣 。

弄清裂變中子最終去向很有現實意義。

據說10年前的日本福島核事故，不至於弄得像現在這樣不可收拾，如果當時事故突發處理人員正確估計中子的下落的話。

正因為憑想象高估了中子變成氫氣的份額，而導致處理人員有害怕引起氫氣爆炸的危險，錯失使用正確手段的時機，如應急電焊補漏等。

核電站純中子年產量也就公斤級別，就算100%經beta衰變成氫，彌漫至反應堆附近空間中的氫氣濃度也很低，根本無需擔心氫閃爆。

至於1kg中子年產量造就的核廢水，待中子下落各方向百分比准確掌握後，可得到置信度較高的數據。

沒有這個准確百分比，可按最壞的情況：全部被核廢水吸收，有興趣的學術控們，不妨算算核廢水的情況、傾倒海域稀釋後的濃度、匡算人體攝入氚的年劑量，甚至對比折算相當於拍了多少張醫學X光片（X射線能量約100KeV）的輻射量。

學術界值得深入研究核裂變中子去向比例分布。同仁若有詳實的相關研究論文，也歡迎推薦、共享。

文科生們不必計算，就知道任何東西對大海而言，都是滄海一粟，只不過他們更在意到底是哪款的一粟：若是游輪海上倒掉幾十噸臭大糞，盡可哈哈一笑；換作含半斤氚元素的核廢水，則必口誅筆伐。

本文旨在科普。心中有數，遇事不慌；獨立思考，不人雲亦雲。

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除了難以去除的氚之外，處理後的污水中還存在一些放射性同位素，包括碳14、鈷60和鍶90。

這些同位素的含量遠低於氚的含量，但放射性比氚更大。

Anyway，中子總量就那麼多，中子是綱，綱舉目張，量這些爛七八糟的東西也多不到哪去。

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在追求公義的世界，可以自由沖核電站豎中指，但且等科學家們搞清楚了中子通量及下落明了再看。如果有誰科學地推翻了我這裡的妄算，定虛心學習，並加入中指行列。

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沒有中子去向的准確百分比數據，可按最壞的情況：全部被核廢水吸收，且一半的中子先與水H2O裡一個氫聚合成氘，再用另一半的中子，將生成的氘一個不剩地，全都聚合成氚。

則按原子量勾兌的結果：分子量 = 3（氚）+1（氫）+16（氧）= 20，消費了2個裂變逸出中子，即每kg中子，可兌10kg，也即10升含氚重水精。

日本聲稱有百萬噸核廢水，相當於將重水精稀釋了巨大的倍數：10^9/10= 10^8，即1億倍。