书城科普读物节能:从小事做起
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第107章 神奇的中子

中子,是一种微小的粒子。但它在核反应中,却是原子枪弹。

如何用中子冲击原子核,这可是科学家们十分迷恋和探索的问题。

那么,如何用中子来冲击原子核呢?

科学家们用带正电的质子来射击它,质子经过带负电的电子时,就会被吸过去。当质子接近带正电荷的核子时,质子又会被推开。

当科学家们用电子射击它时,带正电荷的原子核肯定会把带负电的电子吸过去。然而,电子太轻了。它们不能造成足够的损伤。

当科学家们用中子射击原子核时,因中子很重,它不会被引偏其航向。

科学家们发现,当由中子冲击原子核时会发生以下三种情况中的一种情况:一是中子反弹回来;一是中子停留在原子核附近,暂时不会发生任何现象;或是中子可能使原子核分裂。

铀有三种同位素。现假设中子冲击其中一种的原子核。这种原子核具有92个质子和143个中子,名叫铀-235.这个新的中子使它成为铀-236.但是由于某些原因,铀-236是不稳定的。它会进裂为碎片,或许可使它碎裂。假如这次碎裂的最大一片是钡原子核,具有56个质子和88个中子;另一片是氪,有36个质子和54个中子。那么,就会产生两个额外的中子。这些额外的中子十分重要。碎裂时,有大量的能量放出,使所有碎片以惊人的速度射出。这被称为裂变。

换句话说,当中子子弹把原子核分裂为两块时,这种分裂叫裂变。这两小块以巨大能量分离,而变成新的更小的原子核。裂变过程中,射出两个新的中子子弹。

研究发现,许多物质都渴望得到中子。它们吸收中子就像吸墨纸吸收水分一般。这意味用来制造反应堆的所有物品都必须非常纯,以至于不浪费中子。不过,这也表明可以在反应堆内装设完全控制装置。

至今,对大多数反应堆来说,运动慢的中子比快的中子好些。

这怎么听起来又有点奇怪呢?

因为当没有铀-235,就必须减慢反应堆中中子的速度。

相反,如果反应堆里含有铀-238,它会捕获快的中子而不分裂。铀-235能够捕获的中子只能是慢的中子。

许多物质都能减慢中子。不过,我们必须挑选那种不会吸引中子的物质。

经过科学家们的择优推荐,碳是排在首位的最佳物质。

当初费米教授就选择了石墨形成的碳,并把它放在“芝加哥一号”反应堆的铀块之间。

那么,怎样会使中子减慢呢?

科学家们研究发现,另一种中子缓速剂是水。水很容易控制,而且,由于水能沸腾而有独特的作用。

当连锁反应失控,反应堆过热,水就会沸腾,中子速度加快而射不出中子,于是,连锁反应就会减弱下去。

麻烦在于,水分子是由氢原子和氧原子组成的。而普通的氢是“贪吃”中子的。

然而,重氢,即氢的第二个同位素则不会这样。因此,由这种同位素构成重水被用来当作减速剂。只是,重水稀有而昂贵,因此我们还在继续研究利用普通水的方法。

通常,用来减缓中子速度的物质称为减速剂。因此,在设计反应堆时,首先要做的第一件事就是选择减速剂。

我们通常所说的反应堆为水减速式或石墨减速式,就是这个道理,以此类推。