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我的艦?zāi)锖芸茖W(xué)

167 智者千慮必有一失(下)

我的艦?zāi)锖芸茖W(xué) 藍(lán)星海 2745 2019-08-28 13:00:00

  核反應(yīng)堆依賴于核燃料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生能量。蟲巢反應(yīng)堆使用的核燃料是鈾235,是典型的“慢中子反應(yīng)堆”。

  鈾235需要俘獲一個(gè)中子才會(huì)發(fā)生裂變反應(yīng),裂變后會(huì)放出三個(gè)中子。然而鈾235只能俘獲能量較低的慢中子,但裂變反應(yīng)放出的卻是能量較高的快中子。

  所以直接將核燃料堆放在一起是不能產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的。反應(yīng)堆中還需要能夠降低中子速度的減速劑,讓快中子變成鈾235能夠俘獲的慢中子。

  水就是常見的減速劑之一,并且同時(shí)還可以作為反應(yīng)堆的冷卻劑。所以蟲巢才會(huì)把反應(yīng)堆建在水下。

  但這樣的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),速度是不可控的。一旦反應(yīng)開始,核燃料的裂變速度就會(huì)呈指數(shù)級(jí)上升,瞬間釋放出大量的輻射和熱能。然后整個(gè)反應(yīng)堆“轟”地一聲炸成一朵蘑菇云。

  所以反應(yīng)堆中必須還有一種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的“剎車裝置”。這就是反應(yīng)堆控制棒。

  控制棒是用中子吸收物質(zhì)制成的棒狀物。制造控制棒的材料,通常有硼、碳化硼、鎘等。將它插入堆芯,就會(huì)吸收裂變產(chǎn)生的中子,讓鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度降低、甚至停止。

  蟲巢反應(yīng)堆中并沒有通常意義的控制“棒”,而是在密布堆芯的管道內(nèi)充入了液態(tài)的硼酸。蟲巢通過控制流入堆芯的液態(tài)硼酸的多少,就可以方便地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。

  陳楓的計(jì)劃,是摧毀蟲巢反應(yīng)堆的控制管,同時(shí)又讓堆芯碎片不完全碎片化。

  這樣一來,浸沒在減速劑(水)中的堆芯碎片仍然會(huì)繼續(xù)進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng),卻少了硼酸的剎車作用。于是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就會(huì)失控,導(dǎo)致堆芯熔毀。

  原本疏松多孔的核燃料,在融化后會(huì)收縮。這個(gè)過程會(huì)將其中的水?dāng)D出來,隨即鏈?zhǔn)椒磻?yīng)停止。融化的核燃料和堆芯的殘骸混合在一起,形成一團(tuán)難以被蟲巢利用的殘?jiān)?p>  即使蟲群將這些殘?jiān)匦露言谝黄穑膊荒茉僦匦聠?dòng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

  而如果蟲群試圖將這團(tuán)致密的熔渣拆開,七十多個(gè)大氣壓的高壓水就會(huì)立刻滲入,重新啟動(dòng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。然后……“轟”!

  陳楓和列克星敦都認(rèn)為,即使蟲巢能夠重新修復(fù)利用這些核殘?jiān)?,也需要差不多一個(gè)月時(shí)間才能重啟蟲巢反應(yīng)堆。但以蟲巢那么高的新陳代謝速度,最多一周時(shí)間,它體內(nèi)的自噬效應(yīng)就會(huì)導(dǎo)致徹底的崩潰。

  這個(gè)計(jì)劃的前半段進(jìn)行得非常順利。堆芯順利地被炸成了幾個(gè)大型碎塊,控制管內(nèi)的硼酸也順利地被冷卻水沖散了。

  但是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)卻出人意料地沒有失控。

  即便被炸成了幾塊,即便完全失去了“剎車”,但堆芯碎片依然能夠自發(fā)地維持穩(wěn)定的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

  如果事先有人說核反應(yīng)堆的堆芯炸成碎塊之后還能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),估計(jì)別人都要笑他腦子壞掉了。

  但這不可思議的一幕,就這么匪夷所思地發(fā)生了。

  根據(jù)安娜帶回來的圖像可以看出,爆炸之后蟲巢反應(yīng)堆順勢(shì)從“壓水反應(yīng)堆模式”切換到了“沸水反應(yīng)堆模式”。這模式切換得就像睡夢(mèng)中翻了個(gè)身一樣自然,似乎根本就不痛不癢。

  所謂“壓水反應(yīng)堆”和“沸水反應(yīng)堆”是二代核反應(yīng)堆的兩個(gè)最常見的類型。

  “壓水反應(yīng)堆”是指堆芯中的冷卻劑——水,因?yàn)楦邏憾冀K處于液態(tài)。這種反應(yīng)堆工作溫度較高,因而效率高、體積小。

  “沸水反應(yīng)堆”則是指堆芯中的水會(huì)處于沸騰狀態(tài),一部分水會(huì)變成高壓蒸汽。它的工作壓力低、溫度低,所以效率低、體積大,通常只用于核電站。

  蟲巢反應(yīng)堆之前就處于“壓水反應(yīng)堆”的模式下。堆芯排出的水溫雖然接近了三百攝氏度,但在七十多個(gè)大氣壓的水壓下仍然處于液態(tài)。

  人類的壓水反應(yīng)堆通常會(huì)使用150個(gè)大氣壓的壓力,以達(dá)到更高的工作溫度和更高的熱效率。并且會(huì)采用內(nèi)外雙循環(huán)隔離的結(jié)構(gòu),避免核輻射外泄。

  所以陳楓之前也疑惑過為什么蟲巢反應(yīng)堆采用的是效率更低的“低壓”運(yùn)轉(zhuǎn)和開式循環(huán)模式。并且還和列克星敦討論過這個(gè)問題。

  他最終認(rèn)為應(yīng)該是蟲巢的規(guī)模還沒有達(dá)到頂峰,所以反應(yīng)堆埋藏的深度也沒有達(dá)到1500米左右的最佳位置。同時(shí)因?yàn)橄x群能夠適應(yīng)強(qiáng)輻射的環(huán)境,所以不需要更安全的雙循環(huán)模式。

  事實(shí)證明,他們的猜測(cè)是錯(cuò)誤的。蟲巢是故意將反應(yīng)堆的埋藏深度控制在七百多米的。它的目的就是在萬一反應(yīng)堆失控時(shí),能夠立刻切換到能自動(dòng)穩(wěn)定的沸水反應(yīng)堆模式。

  陳楓的炸彈破壞了反應(yīng)堆的控制管路之后,堆芯碎片中的硼酸鹽很快流失。隨著中子吸收物質(zhì)的減少,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)立刻開始加速,釋放出大量的熱。堆芯碎片的溫度開始飆升,迅速超過350攝氏度。

  這個(gè)過程正是陳楓期望的。但接下來發(fā)生的就開始南轅北轍了。

  隨著堆芯溫度提高,堆芯孔隙中的水溫也超過了這個(gè)壓力下的沸點(diǎn),開始不斷沸騰氣化。沸騰的水在氣化時(shí)吸收了大量的汽化熱,迅速冷卻了堆芯,使堆芯并沒有達(dá)到熔點(diǎn)。

  與此同時(shí),水變成水蒸氣之后體積急速膨脹。即使在巨大的水壓下,蒸汽的體積也比液態(tài)水要大幾十倍。膨脹的水蒸氣占據(jù)了堆芯的孔隙,把液態(tài)水?dāng)D了出去。

  由于水蒸氣的分子距離更大,因此對(duì)高能中子的減速效果遠(yuǎn)低于液態(tài)水。這就導(dǎo)致了核燃料無法俘獲足夠的慢中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)開始減速。

  而當(dāng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)變慢時(shí),液態(tài)水又會(huì)涌入堆芯孔隙,使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)加速。最終堆芯碎片中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和水的沸騰會(huì)達(dá)到平衡,使反應(yīng)堆能夠在失去控制棒的情況下仍然保持穩(wěn)定運(yùn)行。

  這就是沸水反應(yīng)堆的運(yùn)行模式。

  舊時(shí)空的美國(guó)核科學(xué)家安特梅耶率先提出了這個(gè)構(gòu)想。他和阿貢實(shí)驗(yàn)室的同事建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)堆,然后開始了花式虐反應(yīng)堆的“作死之旅”。

  他們模擬了70多種苛刻的反應(yīng)堆事故可能,包括冷卻管道爆破、閥門斷開、控制棒誤操作等各種惡劣條件。嘗試了各種不同的燃料類型和各種稀奇古怪的“錯(cuò)誤”。

  最后一次試驗(yàn)中,他們干脆直接把反應(yīng)堆頂蓋給炸飛了??芍^作死作到了極致。

  然而這座沸水反應(yīng)堆中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)始終沒有發(fā)生堆芯融化的嚴(yán)重事故。

  這驗(yàn)證了沸水反應(yīng)堆的固有安全性。因此,沸水反應(yīng)堆成了后來民用核電的主流。

  但從來沒有人想過,讓反應(yīng)堆能夠在堆芯破碎的時(shí)候自動(dòng)從壓水堆切換成沸水堆。

  這種蛋疼的設(shè)計(jì),在人類看來完全是反常識(shí)的,簡(jiǎn)直是吃飽了撐的?!研径急徽ǔ伤槠?,還不趕快停機(jī)維修?還要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)個(gè)毛線???!

  除非是腦回路極度不正常的人類,才會(huì)去想反應(yīng)堆模式自動(dòng)切換的問題。

  然而對(duì)蟲巢來說,維持反應(yīng)堆的能量輸出才是事關(guān)生死存亡的關(guān)鍵。至于熱效率低一點(diǎn)、輻射多一點(diǎn),那根本不算個(gè)事兒。

  于是陳楓他們精心策劃的行動(dòng),就在這個(gè)不起眼的地方擱淺了。

  當(dāng)真是“智者千慮必有一失”!

  ………………

  聽了列克星敦的講解,其他女孩才明白陳楓的臉色為什么那么難看。

  這個(gè)小小的失誤,就等于宣布了五千萬菲南人的死刑。

  而這還建立在幾大帝國(guó)能夠馬上認(rèn)識(shí)到蟲巢危害、并且立刻達(dá)成一致意見的前提下。但這幾乎是不可能的。

  人類每拖一天,蟲巢就會(huì)變強(qiáng)一點(diǎn),人類需要付出的代價(jià)就會(huì)越大。

  直到人類付不出這個(gè)代價(jià)的那一天。

  女孩們都沉默了。

  過了一會(huì)兒,海倫娜才開口問:【就沒有其他補(bǔ)救辦法了嗎?——比如再用更多水雷去炸?】

  胡德?lián)u搖頭:【沒用的。那最多拖延一兩天而已。堆芯碎片越小,蟲群修復(fù)起來反而越容易?!?p>  海倫娜又把期待的目光投向列克星敦。但列克星敦也只是輕輕地?fù)u搖頭,沒有說話。

  一片沉默中,陳楓卻突然嘆了口氣:【其實(shí)……我剛剛想到了一個(gè)B計(jì)劃……】

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